名称：PWM呼吸灯设计Verilog代码ISE仿真

软件：ISE

语言：VHDL

代码功能：PWM呼吸灯设计

FPGA代码Verilog/VHDL代码资源下载：www.hdlcode.com

演示视频：

设计文档：

设计报告.doc

基于FPGA的呼吸灯设计

1. 呼吸灯介绍

呼吸灯是一种能够模拟人呼吸节奏变化的LED灯，它通过逐渐改变亮度，创造出一种柔和、自然的灯光效果。这种灯光效果不仅美观，而且能够吸引人们的注意力，因此广泛应用于各种电子产品和设计中，如手机、智能家居设备等。

呼吸灯的实现原理主要是基于PWM（脉宽调制）技术。通过精确控制LED灯的通电时间和断电时间，可以改变LED的亮度。当通电时间较长，断电时间较短时，LED的亮度就会增加；反之，当通电时间较短，断电时间较长时，LED的亮度就会降低。通过不断改变通电和断电的时间比例，就可以实现LED亮度的连续变化，从而模拟出呼吸的效果。

2. 开发环境

本设计所使用的开发环境是ISE软件，同时结合Verilog语言来实现FPGA的功能设计。下面将详细介绍ISE软件的开发环境及其设计流程，并对Verilog语言进行进一步的阐述。

3. 思路介绍

本呼吸灯的设计思路是利用PWM（脉冲宽度调制）技术，通过调整PWM信号的占空比，实现对LED灯亮度的精细控制，从而模拟出呼吸的效果。

PWM技术是一种广泛应用的模拟信号控制技术。它通过调整高电平信号在一个周期内的持续时间（即占空比），来控制LED灯的平均亮度。占空比越大，LED灯的平均亮度就越高；占空比越小，平均亮度就越低。因此，通过动态调整PWM信号的占空比，我们可以实现LED灯从暗到亮，再由亮到暗的渐变效果，从而模拟出呼吸的节奏感。

为实现该功能，需要在FPGA内部设计一个定时器（计数器）。这个定时器（计数器）可以设定一个固定的频率，比如每秒产生一定数量的PWM周期。在每个周期内，定时器会

根据预设的占空比，控制PWM信号的高电平持续时间。通过改变这个占空比，我们就可以控制LED灯的亮度变化。

为了实现呼吸效果，我们需要设计一个专门的算法来控制PWM信号的占空比变化。这个算法应该能够模拟出呼吸的自然节奏，使LED灯的亮度变化呈现出逐渐增强然后逐渐减弱的趋势。本设计使用三角波来模拟呼吸的节奏变化。三角波波形具有自然的起伏变化，可以很好地模拟出呼吸的效果。

在具体实现时，我们可以使用Verilog等硬件描述语言来编写FPGA的逻辑代码。首先，定义定时器的相关参数，包括频率和周期等。然后，编写PWM信号产生的代码，根据定时器的输出和预设的占空比，生成相应的PWM信号。接着，实现呼吸效果算法，根据三角波的规律，动态调整PWM信号的占空比。最后，将PWM信号输出到LED灯的控制端，实现呼吸灯的效果。

4. 代码设计

代码设计包括：

1、定义呼吸灯的顶层端口，包括输入时钟和输出的led灯

2、定义一个计数器pwm_cnt，计数0~1000

3、再定义一个clk_div信号，clk_div为clk信号的10分频信号，后续再用这个分频后的信号进行计数

4、使用10分频信号计数PWN_num，使PWN_num按三角波的方式递增、递减。

5、根据PWN_num与pwm_cnt的比值输出占空比变化的信号来控制led灯。

具体代码如下：

//呼吸灯

module breath_led

(

input clk,//时钟

output led//led灯

);

//原理，通过控制PWM波的占空比控制LED灯亮度。占空比越大，亮度越大。

//使亮度逐渐变亮，再逐渐变暗就能达到呼吸效果

5. 仿真图

根据上述verilog代码，设计对应的testbench

在ISE软件界面下，点击下图箭头处，运行仿真

仿真图如下：

对上述仿真图进行分析，图中clk为输入的时钟信号，led为输出的led控制信号。可以看到，led信号的占空比逐渐变大，然后再逐渐变小，如此循环。此外图中还可以看到pwm_cnt，clk_div，PWN_num等内部信号的变化过程。

1. 总结

本次设计基于PWM波控制呼吸灯的原理，成功实现了LED灯亮度随呼吸节奏变化的效果。通过ISE软件操作，创建了一个完整的FPGA项目，并使用Verilog语言编写了控制逻辑。

在代码设计中，本设计定义了呼吸灯的顶层端口，利用计数器产生PWM信号，并通过三角波算法动态调整占空比，以模拟呼吸的自然节奏。这一过程中，我们充分利用了FPGA的灵活性和可编程性，实现了精确控制LED灯亮度的目标。

在ISE软件操作中，我们逐步完成了项目创建、代码编写、编译、仿真等步骤，确保设计的正确性和可靠性。同时，通过Verilog软件编码，我们深入理解了硬件描述语言的特点和应用方法，为今后的FPGA设计奠定了坚实的基础。

1. 工程文件

2. 程序文件

3. 程序编译

4. Testbench

5. 仿真图

原理: 通过控制PWM波的占空比控制LED灯亮度。占空比越大，亮度越大。使亮度逐渐变亮，再逐渐变暗就能达到呼吸效果

部分代码展示:

//呼吸灯
module breath_led
(
input clk,//时钟
output led//led灯
);
//原理，通过控制PWM波的占空比控制LED灯亮度。占空比越大，亮度越大。
//使亮度逐渐变亮，再逐渐变暗就能达到呼吸效果
reg [31:0] pwm_cnt=32'd0;
always@(posedge clk)
if(pwm_cnt>=32'd1000)
pwm_cnt=32'd10)begin
clk_div_cnt<=32'd0;
clk_div<=1;
end
else begin
clk_div_cnt<=clk_div_cnt+32'd1;
clk_div=32'd1000) begin//PWN_num用于调整占空比
PWN_num<=PWN_num;
flag<=0;
end
else begin
PWN_num<=PWN_num+32'd1;
flag<=1;
end
else
if(PWN_num<=32'd2) begin//PWN_num用于调整占空比
PWN_num<=PWN_num;
flag<=1;
end

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