PWM流水(shuǐ)燈(dēng)設計(jì)
--作者(zhě)：小黑(hēi)同(tóng)学
【上(shàng)板現(xiàn)象(xiàng)】PWM流水(shuǐ)燈(dēng)在(zài)MP801的(de)上(shàng)板現(xiàn)象(xiàng)（點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)明(míng)德揚論壇观看(kàn)）
PWM流水(shuǐ)燈(dēng)在(zài)點(diǎn)撥開(kāi)發(fà)板的(de)上(shàng)板現(xiàn)象(xiàng)（點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)明(míng)德揚論壇观看(kàn)）
PWM流水(shuǐ)燈(dēng)在(zài)实验(yàn)箱的(de)上(shàng)板現(xiàn)象(xiàng)（點(diǎn)擊跳轉(zhuǎn)明(míng)德揚論壇观看(kàn)）
【設計(jì)教程】
1.1 總(zǒng)體(tǐ)設計(jì)
1.1.1 概述
脈沖宽(kuān)度(dù)調制技術(shù)（Pulse WidthModelation，PWM）是(shì)利用(yòng)微处理器/FPGA的(de)數字(zì)輸出(chū)对(duì)模拟電(diàn)路(lù)進(jìn)行控制的(de)一(yī)種(zhǒng)有(yǒu)效技術(shù)，其廣泛應(yìng)用(yòng)于(yú)测量(liàng)、通(tòng)信(xìn)、功率控制與(yǔ)變(biàn)換等衆多(duō)領域。PWM數字(zì)信(xìn)号(hào)從处理器到(dào)被(bèi)控系(xì)統都采用(yòng)數字(zì)形式，无需進(jìn)行數模轉(zhuǎn)換。航模中(zhōng)的(de)控制信(xìn)号(hào)大多(duō)是(shì)PWM信(xìn)号(hào)，比如(rú)FUTABA、JR等舵機(jī)的(de)控制都采用(yòng)PWM方(fāng)式，發(fà)射機(jī)給(gěi)接收(shōu)機(jī)輸送脈沖後(hòu)接收(shōu)機(jī)就(jiù)会(huì)控制舵機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。舉个(gè)例子，假定(dìng)基礎脈宽(kuān)是(shì)100ms，當發(fà)射機(jī)的(de)脈宽(kuān)增大（如(rú)增加到(dào)150ms）时(shí)接收(shōu)機(jī)就(jiù)控制舵機(jī)正(zhèng)向(xiàng)旋轉(zhuǎn)；反(fǎn)之發(fà)射機(jī)的(de)脈宽(kuān)減小（如(rú)減小到(dào)50ms）时(shí)，接收(shōu)機(jī)就(jiù)控制舵機(jī)逆向(xiàng)旋轉(zhuǎn)。
PWM是(shì)一(yī)種(zhǒng)对(duì)模拟信(xìn)号(hào)電(diàn)平進(jìn)行數字(zì)編碼的(de)方(fāng)法。通(tòng)过(guò)使用(yòng)高(gāo)分(fēn)辨率計(jì)數器，对(duì)方(fāng)波(bō)的(de)占空比進(jìn)行調制，從而(ér)对(duì)一(yī)个(gè)具體(tǐ)模拟信(xìn)号(hào)的(de)電(diàn)平進(jìn)行編碼。由(yóu)于(yú)在(zài)給(gěi)定(dìng)的(de)任何时(shí)刻，滿幅值的(de)直(zhí)流供電(diàn)只(zhī)存在(zài)有(yǒu)（ON）和(hé)无（OFF）两(liǎng)種(zhǒng)狀态，因(yīn)此(cǐ)PWM信(xìn)号(hào)仍然是(shì)數字(zì)信(xìn)号(hào)。電(diàn)壓或(huò)電(diàn)流源是(shì)以(yǐ)一(yī)種(zhǒng)通(tòng)（ON）或(huò)斷（OFF）的(de)重(zhòng)複脈沖序列被(bèi)加到(dào)模拟負载上(shàng)去(qù)的(de)。直(zhí)流供電(diàn)被(bèi)加到(dào)負载上(shàng)的(de)时(shí)候为(wèi)“通(tòng)”，負载供電(diàn)被(bèi)斷開(kāi)的(de)时(shí)候为(wèi)“斷”。只(zhī)要(yào)有(yǒu)足够的(de)带(dài)宽(kuān)，任何模拟值都可(kě)以(yǐ)使用(yòng)PWM進(jìn)行編碼。
通(tòng)俗来(lái)说(shuō)，PWM是(shì)連(lián)續的(de)、具有(yǒu)一(yī)定(dìng)比例占空比的(de)脈沖信(xìn)号(hào)，可(kě)以(yǐ)通(tòng)过(guò)控制占空比来(lái)对(duì)其進(jìn)行改變(biàn)。簡單来(lái)说(shuō)，可(kě)以(yǐ)認为(wèi)PWM就(jiù)是(shì)一(yī)種(zhǒng)方(fāng)波(bō)，如(rú)图(tú)所(suǒ)示是(shì)一(yī)个(gè)周期(qī)为(wèi)10ms，高(gāo)電(diàn)平为(wèi)6ms，低電(diàn)平时(shí)間(jiān)为(wèi)4ms的(de)PWM，其占空比（高(gāo)電(diàn)平时(shí)間(jiān)占整个(gè)周期(qī)的(de)比例）为(wèi)60%
PWM波(bō)形图(tú)
發(fà)光(guāng)二(èr)极(jí)管(guǎn)簡稱为(wèi)LED，是(shì)一(yī)種(zhǒng)常用(yòng)的(de)發(fà)光(guāng)器件(jiàn)，通(tòng)过(guò)電(diàn)子與(yǔ)空穴複合釋放(fàng)能(néng)量(liàng)發(fà)光(guāng)，它(tā)在(zài)照明(míng)領域應(yìng)用(yòng)廣泛。發(fà)光(guāng)二(èr)极(jí)管(guǎn)可(kě)高(gāo)效的(de)将電(diàn)能(néng)轉(zhuǎn)化(huà)为(wèi)光(guāng)能(néng)，在(zài)現(xiàn)代(dài)社会(huì)具有(yǒu)廣泛的(de)用(yòng)途，如(rú)照明(míng)、平板顯示、醫療器件(jiàn)等。可(kě)通(tòng)过(guò)高(gāo)低電(diàn)平的(de)變(biàn)化(huà)来(lái)控制LED燈(dēng)的(de)明(míng)滅狀态，當輸出(chū)信(xìn)号(hào)为(wèi)低電(diàn)平时(shí)，LED燈(dēng)亮(liàng)，反(fǎn)之，當輸出(chū)信(xìn)号(hào)为(wèi)高(gāo)電(diàn)平时(shí)，LED燈(dēng)滅。因(yīn)此(cǐ)可(kě)通(tòng)过(guò)改變(biàn)PWM波(bō)形的(de)占空比，来(lái)控制LED燈(dēng)亮(liàng)滅的(de)时(shí)間(jiān)，當有(yǒu)多(duō)个(gè)LED燈(dēng)的(de)时(shí)候，通(tòng)过(guò)不(bù)同(tóng)的(de)PWM波(bō)形来(lái)控制不(bù)同(tóng)的(de)LED燈(dēng)，就(jiù)可(kě)以(yǐ)産生(shēng)各(gè)種(zhǒng)各(gè)樣(yàng)不(bù)同(tóng)的(de)效果(guǒ)。
1.1.2 設計(jì)目标(biāo)
本(běn)模块(kuài)産生(shēng)8个(gè)不(bù)同(tóng)的(de)PWM脈沖，控制8个(gè)LED燈(dēng)點(diǎn)亮(liàng)不(bù)同(tóng)的(de)时(shí)間(jiān)，從而(ér)达(dá)到(dào)流水(shuǐ)燈(dēng)的(de)效果(guǒ)。每个(gè)脈沖周期(qī)为(wèi)10s，占空比從10%~80%。上(shàng)電(diàn)後(hòu)，led0點(diǎn)亮(liàng)1s，熄滅9s；再點(diǎn)亮(liàng)1s，熄滅9s，……，依次(cì)不(bù)斷循环(huán)。led1~led7與(yǔ)led0類(lèi)似，分(fēn)别點(diǎn)亮(liàng)2s~8s，其他(tā)时(shí)候都是(shì)熄滅的(de)。
1.1.3信(xìn)号(hào)列表(biǎo)
1.1.4 設計(jì)思(sī)路(lù)
根(gēn)據(jù)題(tí)目功能(néng)要(yào)求可(kě)知，産生(shēng)的(de)8个(gè)不(bù)同(tóng)的(de)PWM脈沖的(de)周期(qī)都是(shì)10秒(miǎo)（s），由(yóu)此(cǐ)我(wǒ)们(men)可(kě)以(yǐ)提(tí)出(chū)两(liǎng)个(gè)計(jì)數器的(de)架構，如(rú)下(xià)图(tú)所(suǒ)示。
該架構由(yóu)两(liǎng)个(gè)計(jì)數器組成(chéng)：时(shí)鐘(zhōng)計(jì)數器cnt_1s和(hé)周期(qī)計(jì)數器cnt_10s。
时(shí)鐘(zhōng)計(jì)數器cnt_1s：用(yòng)于(yú)計(jì)算1秒(miǎo)的(de)时(shí)鐘(zhōng)个(gè)數，加一(yī)条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)1，表(biǎo)示一(yī)直(zhí)計(jì)數；結束(shù)条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)50000000，表(biǎo)示數到(dào)1秒(miǎo)就(jiù)清(qīng)零(líng)。
周期(qī)計(jì)數器cnt_10s：用(yòng)于(yú)对(duì)1秒(miǎo)進(jìn)行計(jì)數，加一(yī)条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)end_cnt_1s，表(biǎo)示數到(dào)1秒(miǎo)就(jiù)加1；結束(shù)条(tiáo)件(jiàn)为(wèi)10，表(biǎo)示數完10秒(miǎo)就(jiù)清(qīng)零(líng)。
至(zhì)此(cǐ)，我(wǒ)们(men)就(jiù)将这(zhè)个(gè)練習的(de)計(jì)數器架構設計(jì)出(chū)来(lái)了(le)。
下(xià)面(miàn)是(shì)計(jì)數器的(de)代(dài)碼。
下(xià)面(miàn)我(wǒ)们(men)開(kāi)始設計(jì)輸出(chū)信(xìn)号(hào)led，在(zài)設計(jì)这(zhè)些信(xìn)号(hào)的(de)时(shí)候，我(wǒ)们(men)只(zhī)需要(yào)關(guān)注他(tā)的(de)變(biàn)化(huà)點(diǎn)，也(yě)就(jiù)是(shì)0變(biàn)1、1變(biàn)0的(de)點(diǎn)。
以(yǐ)led0的(de)變(biàn)化(huà)为(wèi)例，上(shàng)電(diàn)後(hòu)，led[0]點(diǎn)亮(liàng)1s，熄滅9s，再點(diǎn)亮(liàng)1s，熄滅9s。也(yě)就(jiù)是(shì)數到(dào)1秒(miǎo)时(shí)，即add_cnt_10s && cnt_10s==1-1时(shí)，led0由(yóu)0變(biàn)1。當數到(dào)10秒(miǎo)时(shí)，即end_cnt_10s时(shí)，led[0]由(yóu)1變(biàn)0。
Led[1]~led[7]也(yě)是(shì)同(tóng)樣(yàng)，即：
上(shàng)電(diàn)後(hòu)，led[1]點(diǎn)亮(liàng)2s，熄滅8s，再點(diǎn)亮(liàng)2s，熄滅8s。也(yě)就(jiù)是(shì)數到(dào)2秒(miǎo)时(shí)，即add_cnt_10s &&cnt_10s==2-1时(shí)，led[1]由(yóu)0變(biàn)1。當數到(dào)10秒(miǎo)时(shí)，即end_cnt_10s时(shí)，led[1]由(yóu)1變(biàn)0。
上(shàng)電(diàn)後(hòu)，led[2]點(diǎn)亮(liàng)3s，熄滅7s，再點(diǎn)亮(liàng)3s，熄滅7s。也(yě)就(jiù)是(shì)數到(dào)3秒(miǎo)时(shí)，即add_cnt_10s &&cnt_10s==3-1时(shí)，led[2]由(yóu)0變(biàn)1。當數到(dào)10秒(miǎo)时(shí)，即end_cnt_10s时(shí)，led[2]由(yóu)1變(biàn)0。
上(shàng)電(diàn)後(hòu)，led[3]點(diǎn)亮(liàng)4s，熄滅6s，再點(diǎn)亮(liàng)4s，熄滅6s。也(yě)就(jiù)是(shì)數到(dào)4秒(miǎo)时(shí)，即add_cnt_10s &&cnt_10s==4-1时(shí)，led[3]由(yóu)0變(biàn)1。當數到(dào)10秒(miǎo)时(shí)，即end_cnt_10s时(shí)，led[3]由(yóu)1變(biàn)0。
上(shàng)電(diàn)後(hòu)，led[4]點(diǎn)亮(liàng)5s，熄滅5s，再點(diǎn)亮(liàng)5s，熄滅5s。也(yě)就(jiù)是(shì)數到(dào)5秒(miǎo)时(shí)，即add_cnt_10s &&cnt_10s==5-1时(shí)，led[4]由(yóu)0變(biàn)1。當數到(dào)10秒(miǎo)时(shí)，即end_cnt_10s时(shí)，led[4]由(yóu)1變(biàn)0。
上(shàng)電(diàn)後(hòu)，led[5]點(diǎn)亮(liàng)6s，熄滅4s，再點(diǎn)亮(liàng)6s，熄滅4s。也(yě)就(jiù)是(shì)數到(dào)6秒(miǎo)时(shí)，即add_cnt_10s &&cnt_10s==6-1时(shí)，led[5]由(yóu)0變(biàn)1。當數到(dào)10秒(miǎo)时(shí)，即end_cnt_10s时(shí)，led[5]由(yóu)1變(biàn)0。
上(shàng)電(diàn)後(hòu)，led[6]點(diǎn)亮(liàng)7s，熄滅3s，再點(diǎn)亮(liàng)7s，熄滅3s。也(yě)就(jiù)是(shì)數到(dào)7秒(miǎo)时(shí)，即add_cnt_10s &&cnt_10s==7-1时(shí)，led[6]由(yóu)0變(biàn)1。當數到(dào)10秒(miǎo)时(shí)，即end_cnt_10s时(shí)，led[6]由(yóu)1變(biàn)0。
上(shàng)電(diàn)後(hòu)，led[7]點(diǎn)亮(liàng)8s，熄滅2s，再點(diǎn)亮(liàng)8s，熄滅2s。也(yě)就(jiù)是(shì)數到(dào)8秒(miǎo)时(shí)，即add_cnt_10s &&cnt_10s==8-1时(shí)，led[7]由(yóu)0變(biàn)1。當數到(dào)10秒(miǎo)时(shí)，即end_cnt_10s时(shí)，led[7]由(yóu)1變(biàn)0。
由(yóu)此(cǐ)便可(kě)以(yǐ)将所(suǒ)有(yǒu)的(de)led信(xìn)号(hào)設計(jì)出(chū)来(lái)。
下(xià)面(miàn)是(shì)led的(de)代(dài)碼。
1.1.5參考設計(jì)代(dài)碼
1.2 效果(guǒ)和(hé)總(zǒng)結
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时(shí)間(jiān)經(jīng)过(guò)1秒(miǎo)之後(hòu)
-
时(shí)間(jiān)經(jīng)过(guò)4秒(miǎo)的(de)时(shí)候
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时(shí)間(jiān)經(jīng)过(guò)8秒(miǎo)的(de)时(shí)候
看(kàn)上(shàng)面(miàn)的(de)現(xiàn)象(xiàng)，可(kě)以(yǐ)發(fà)現(xiàn)，跟設計(jì)目标(biāo)要(yào)求的(de)都是(shì)一(yī)樣(yàng)的(de)，成(chéng)功完成(chéng)設計(jì)目标(biāo)。
我(wǒ)们(men)的(de)至(zhì)簡設計(jì)法和(hé)計(jì)數器模板在(zài)以(yǐ)上(shàng)的(de)設計(jì)中(zhōng)發(fà)揮了(le)至(zhì)關(guān)重(zhòng)要(yào)的(de)作用(yòng)，使設計(jì)能(néng)够快(kuài)速準确完成(chéng)。本(běn)設計(jì)中(zhōng)的(de)led信(xìn)号(hào)的(de)代(dài)碼为(wèi)了(le)方(fāng)便理解(jiě)，把8个(gè)led燈(dēng)分(fēn)開(kāi)写了(le)，希望有(yǒu)興趣的(de)同(tóng)学可(kě)以(yǐ)将led的(de)代(dài)碼進(jìn)行簡化(huà)，合成(chéng)一(yī)个(gè)always，想(xiǎng)不(bù)到(dào)也(yě)沒(méi)關(guān)系(xì)，在(zài)講解(jiě)視頻中(zhōng)也(yě)有(yǒu)講述如(rú)何实現(xiàn)。
感(gǎn)興趣的(de)朋友也(yě)可(kě)以(yǐ)訪問(wèn)明(míng)德揚論壇（http://www.fpgabbs.cn/）進(jìn)行FPGA相關(guān)工程設計(jì)学習，也(yě)欢迎大家(jiā)在(zài)評論與(yǔ)我(wǒ)進(jìn)行讨論！
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