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icore4tx_fpga_8 [2020/05/20 16:38] fmj |
icore4tx_fpga_8 [2022/04/01 11:37] (当前版本) sean |
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^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^ | ^ 版本 ^ 日期 ^ 作者 ^ 修改内容 ^ | ||
- | | V1.0 | 2020-05-20 | gingko | 初次建立 | | + | | V1.0 | 2020-05-28 | gingko | 初次建立 | |
===== 实验八:计数器实验——呼吸灯 ===== | ===== 实验八:计数器实验——呼吸灯 ===== | ||
- | + | ==== 一、 实验目的与意义 ==== | |
- | ==== 一、实验目的与意义 ==== | + | |
- 掌握计数器原理及使用方法; | - 掌握计数器原理及使用方法; | ||
- | - 掌握ISE开发软件的使用方法。 | + | - 掌握ISE开发环境的使用。 |
- | + | ==== 二、 实验设备及平台 ==== | |
- | ==== 二、实验设备及平台 ==== | + | - iCore4TX 双核心板[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.3.1cbb532fZXqtk2&id=614919247574|点击购买]]; |
- | + | - USB-CABLE(或相同功能)仿真器; | |
- | - iCore4TX 双核心板。[[https://item.taobao.com/item.htm?spm=a1z10.1-c-s.w4004-22598974120.3.5923532fAsAtPz&id=614919247574|点击购买]] | + | - Micro USB线缆; |
- | - USB-CABLE(或相同功能)的仿真器。 | + | - ISE开发平台; |
- | - Micro USB线缆。 | + | - 电脑一台; |
- | - ISE开发平台。 | + | ==== 三、 实验原理 ==== |
- | - 电脑一台。 | + | |
- | ==== 三、实验原理 ==== | + | |
* 计数器是实现计数的一种最基本的加法运算。在FPGA中计数器的实质其实就是对驱动参考时钟进行计数,每当触发条件满足,计数器的寄存器参数实现自加,累加到某个状态进行清零操作。FPGA中常用计数器对系统时钟进行计数,实现时钟分频、定时器、延时、计数、控制等功能,是FPGA实现功能中常用的一种逻辑电路和时序控制方式。 | * 计数器是实现计数的一种最基本的加法运算。在FPGA中计数器的实质其实就是对驱动参考时钟进行计数,每当触发条件满足,计数器的寄存器参数实现自加,累加到某个状态进行清零操作。FPGA中常用计数器对系统时钟进行计数,实现时钟分频、定时器、延时、计数、控制等功能,是FPGA实现功能中常用的一种逻辑电路和时序控制方式。 | ||
* 呼吸灯在生活中也较为常见,一般是通过控制LED的亮度渐变实现的。以本实验要实现的呼吸灯为例,要实现的效果为渐渐变亮,亮度最大后再渐渐变暗,最后熄灭,如此往复循环。LED的亮度变化是通过控制LED单位时间内亮的时间占比实现的;比如以10个时钟周期作为1个单位时间周期,当LED亮的时间持续2个时钟周期,熄灭的时间持续8个时钟周期,那么,当时钟周期较小时,每秒由成千上万个这样的单位时间构成;反馈到人的眼睛,由于视觉暂留,眼睛看不到很高频率的闪烁,而是看到LED的亮度很低。同理,当10个时钟周期里持续8个时钟周期的亮,则看起来亮度就高。 | * 呼吸灯在生活中也较为常见,一般是通过控制LED的亮度渐变实现的。以本实验要实现的呼吸灯为例,要实现的效果为渐渐变亮,亮度最大后再渐渐变暗,最后熄灭,如此往复循环。LED的亮度变化是通过控制LED单位时间内亮的时间占比实现的;比如以10个时钟周期作为1个单位时间周期,当LED亮的时间持续2个时钟周期,熄灭的时间持续8个时钟周期,那么,当时钟周期较小时,每秒由成千上万个这样的单位时间构成;反馈到人的眼睛,由于视觉暂留,眼睛看不到很高频率的闪烁,而是看到LED的亮度很低。同理,当10个时钟周期里持续8个时钟周期的亮,则看起来亮度就高。 | ||
* 呼吸灯的呼吸效果是如何实现的呢?以本实验为例,呼吸周期为2秒,则从暗到亮的过程持续1秒,从亮到暗的过程持续1秒。在从暗到亮的过程中,假如这1秒分成1000个单位时间周期,则每个单位时间周期里LED亮的时间都要比前一个久一点。同理,从亮到暗的过程则是每个时间单位周期里LED亮的时间都要比前一个短一点。 | * 呼吸灯的呼吸效果是如何实现的呢?以本实验为例,呼吸周期为2秒,则从暗到亮的过程持续1秒,从亮到暗的过程持续1秒。在从暗到亮的过程中,假如这1秒分成1000个单位时间周期,则每个单位时间周期里LED亮的时间都要比前一个久一点。同理,从亮到暗的过程则是每个时间单位周期里LED亮的时间都要比前一个短一点。 | ||
* 以本实验呼吸灯亮的这1秒过程为例来阐述。系统时钟为25MHz,机1秒钟内有25M个系统时钟周期。将1秒分成5000个单位时间周期,每个单位时间周期持续5000个系统时钟周期。 | * 以本实验呼吸灯亮的这1秒过程为例来阐述。系统时钟为25MHz,机1秒钟内有25M个系统时钟周期。将1秒分成5000个单位时间周期,每个单位时间周期持续5000个系统时钟周期。 | ||
- | * **25M/5000=5000** | + | * **25M/5000=5000** |
* 那么,只需将这5000个单位时间周期内LED亮的时间从0~5000逐渐增加,这1秒LED看起来就是逐渐变亮的;同理也可以控制LED灯逐渐变暗。 | * 那么,只需将这5000个单位时间周期内LED亮的时间从0~5000逐渐增加,这1秒LED看起来就是逐渐变亮的;同理也可以控制LED灯逐渐变暗。 | ||
+ | ==== 四、 代码讲解 ==== | ||
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- | ==== 四、代码讲解 ==== | ||
* 原理部分讲解了呼吸灯的实现原理。下面通过代码讲解如何实现LED呼吸的效果。 | * 原理部分讲解了呼吸灯的实现原理。下面通过代码讲解如何实现LED呼吸的效果。 | ||
* 首先定义变量cnt1和cnt2;cnt1是对单位时间周期内系统时钟进行计数,cnt2是对单位时间周期(即cnt1)进行计数,那么cnt1*cnt2=25M,。然后定义变量flag,每过1秒翻转1次,则可以在flag的不同状态控制LED是渐亮还是渐灭。 | * 首先定义变量cnt1和cnt2;cnt1是对单位时间周期内系统时钟进行计数,cnt2是对单位时间周期(即cnt1)进行计数,那么cnt1*cnt2=25M,。然后定义变量flag,每过1秒翻转1次,则可以在flag的不同状态控制LED是渐亮还是渐灭。 | ||
* 具体的LED在1个单位时间周期内亮的时间持续多少个系统时钟周期,是通过cnt1和cnt2的值比较判断的。由于cnt2是逐1自加的,那么每次在cnt1从1累加到4999的过程中,cnt2是不变的,而且每次cnt1累加的过程中,cnt2总比前一个值大1;那么,在cnt1累加的过程中,小于cnt2的值的时候,控制led亮,在cnt2累加的过程中即可实现led逐渐变亮。逐渐变暗的过程同理,只需控制cnt1大于cnt2的时候led亮即可。 | * 具体的LED在1个单位时间周期内亮的时间持续多少个系统时钟周期,是通过cnt1和cnt2的值比较判断的。由于cnt2是逐1自加的,那么每次在cnt1从1累加到4999的过程中,cnt2是不变的,而且每次cnt1累加的过程中,cnt2总比前一个值大1;那么,在cnt1累加的过程中,小于cnt2的值的时候,控制led亮,在cnt2累加的过程中即可实现led逐渐变亮。逐渐变暗的过程同理,只需控制cnt1大于cnt2的时候led亮即可。 | ||
- | ** * 代码如下:** | + | * 代码如下: |
<code verilog> | <code verilog> | ||
//-------------------cnt1--------------------// | //-------------------cnt1--------------------// | ||
行 40: | 行 36: | ||
always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | ||
if(!rst_n) | if(!rst_n) | ||
- | cnt1<=13'd0; | + | cnt1<=13'd0; |
else if(cnt1==13'd4999) | else if(cnt1==13'd4999) | ||
- | cnt1<=13'd0; | + | cnt1<=13'd0; |
else | else | ||
- | cnt1<=cnt1+1'd1; | + | cnt1<=cnt1+1'd1; |
//------------------cnt2-------------------// | //------------------cnt2-------------------// | ||
//对cnt1进行计数 | //对cnt1进行计数 | ||
always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | ||
if(!rst_n) | if(!rst_n) | ||
- | cnt2<=13'd0; | + | cnt2<=13'd0; |
else if((cnt1==13'd4999)&&(cnt2==13'd4999)) | else if((cnt1==13'd4999)&&(cnt2==13'd4999)) | ||
- | cnt2<=13'd0; | + | cnt2<=13'd0; |
else if(cnt1==13'd4999) | else if(cnt1==13'd4999) | ||
- | cnt2<=cnt2+1'd1; | + | cnt2<=cnt2+1'd1; |
//-----------------flag--------------------// | //-----------------flag--------------------// | ||
//flag为1时led逐渐变亮,flag为0时逐渐变暗 | //flag为1时led逐渐变亮,flag为0时逐渐变暗 | ||
行 59: | 行 55: | ||
always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | ||
if(!rst_n) | if(!rst_n) | ||
- | flag<=1'd0; | + | flag<=1'd0; |
else if((cnt2==13'd0)&&(cnt1==13'd0)) | else if((cnt2==13'd0)&&(cnt1==13'd0)) | ||
- | flag<=~flag; | + | flag<=~flag; |
//-----------------led--------------------// | //-----------------led--------------------// | ||
//控制LED在哪个范围内亮和灭 | //控制LED在哪个范围内亮和灭 | ||
always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | always@(posedge clk_25M or negedge rst_n) | ||
if(!rst_n) | if(!rst_n) | ||
- | led_r<=1'd1; | + | led_r<=1'd1; |
else if((flag==1'd1)&&(cnt2<cnt1)) | else if((flag==1'd1)&&(cnt2<cnt1)) | ||
- | led_r<=1'd0; | + | led_r<=1'd0; |
- | else if((flag==1'd0)&&(cnt2>cnt1)) | + | else if((flag==1'd0)&&(cnt2>cnt1)) |
- | led_r<=1'd0; | + | led_r<=1'd0; |
else | else | ||
- | led_r<=1'd1; | + | led_r<=1'd1; |
- | + | ||
</code> | </code> | ||
- | ==== 五、实验步骤及实验结果 ==== | + | ==== 五、 实验步骤及实验结果 ==== |
- | {{ :icore4tx:icore4tx_fpga_8_1.png?direct&400 |图8.1}} | + | |
- | 1、将硬件正确连接,如图8.1所示。\\ | + | |
- | 2、将编写好的代码进行编译,并下载到开发板中;\\ | + | |
- | 3、观察实验现象——FPGA_LED逐渐变亮然后逐渐变暗,循环进行。\\ | + | |
- | + | ||
- | ==== 六、拓展实验 ==== | + | |
- | - 调整LED灯的呼吸周期。 | + | |
- | - 通过计数器,控制led熄灭之后延迟一段时间再逐渐变亮。 | + | |
+ | {{ :icore4tx:icore4tx_fpga_8_1.png?direct&400 |图8-1}} | ||
+ | - 将硬件正确连接,如图8-1所示。 | ||
+ | - 将编写好的代码进行编译,并下载到开发板中; | ||
+ | - 观察实验现象——FPGA_LED逐渐变亮然后逐渐变暗,循环进行。 | ||
+ | ==== 六、 拓展实验 ==== | ||
+ | * 调整LED灯的呼吸周期。 | ||
+ | * 通过计数器,控制LED熄灭之后延迟一段时间再逐渐变亮。 | ||