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原创声明： 本原创教程由芯驿电子科技（上海）有限公司（ALINX）创作，版权归本公司所有，如需转载，需授权并注明出处。 适用于板卡型号：AXU2CGA/AXU2CGB/AXU3EG/AXU4EV-E/AXU4EV-P/AXU5EV-E/AXU5EV-P /AXU9EG/AXU15EG 实验Vivado工程为“pwm_led”。 本文主要讲解使用PWM控制LED，实现呼吸灯的效果。 1.实验原理如下图所示，用一个N比特的计数器，最大值可以表示为2的N次方，最小值0，计数器以“period”为步进值累加，加到最大值后会溢出，进入下一个累加周期。当计数器值大于“duty”时，脉冲输出高，否则输出低，这样就可以完成图中红色线所示的脉冲占空比可调的脉冲输出，同时“period”可以调节脉冲频率，可以理解为计数器的步进值。  PWM脉宽调制示意图不同的脉冲占空比的方波输出后加在LED上，LED灯就会显示不同的亮度，通过不断地调节方波的占空比，从而实现LED灯亮度的调节。 2. 实验设计PWM模块设计非常简单，在上面的原理中已经讲到，这里不再说原理。 | 信号名称 | 方向 | 说明 | | clk | in | 时钟输入 | | rst | in | 异步复位输入，高复位 | | period | in | PWM脉宽周期（频率）控制。period = PWM输出频率 * (2 的N次方) / 系统时钟频率。显然N越大，频率精度越高。 | | duty | in | 占空比控制，占空比 = duty / (2的N次方）* 100% |
PWM模块（ax_pwm）端口 `timescale1ns/1psmodule ax_pwm#( parameter N =16//pwm bit width )(input clk,input rst,input[N -1:0]period, //pwm step valueinput[N -1:0]duty, //duty valueoutput pwm_out //pwm output);reg[N -1:0] period_r; //period registerreg[N -1:0] duty_r; //duty registerreg[N -1:0] period_cnt; //period counterreg pwm_r;assign pwm_out = pwm_r;always@(posedge clk orposedge rst)beginif(rst==1)begin period_r <={ N {1'b0}}; duty_r <={ N {1'b0}};endelsebegin period_r <= period; duty_r <= duty;endend//period counter, step is period valuealways@(posedge clk orposedge rst)beginif(rst==1) period_cnt <={ N {1'b0}};else period_cnt <= period_cnt + period_r;endalways@(posedge clk orposedge rst)beginif(rst==1)begin pwm_r <=1'b0;endelsebeginif(period_cnt >= duty_r) //if period counter is bigger or equals to duty value, then set pwm value to high pwm_r <=1'b1;else pwm_r <=1'b0;endend
那么如何实现呼吸灯的效果呢？我们知道呼吸灯效果是由暗不断的变亮，再由亮不断的变暗的过程，而亮暗效果是由占空比来调节的，因此我们主要来控制占空比，也就是控制duty的值。 在下面的测试代码中，通过设置period的值，设定PWM的频率为200Hz，PWM_PLUS状态即是增加duty值，如果增加到最大值，将pwm_flag置1，并开始将duty值减少，待减少到最小的值，则开始增加duty值，不断循环。其中PWM_GAP状态为调整间隔，时间为100us。 `timescale1ns/1psmodule pwm_test(input clk, //25MHzinput rst_n, //low active output led //high-off, low-on); localparam CLK_FREQ =25; //25MHzlocalparam US_COUNT = CLK_FREQ ; //1 us counterlocalparam MS_COUNT = CLK_FREQ*1000; //1 ms counterlocalparam DUTY_STEP =32'd100000; //duty steplocalparam DUTY_MIN_VALUE =32'h6fffffff; //duty minimum valuelocalparam DUTY_MAX_VALUE =32'hffffffff; //duty maximum value localparam IDLE =0; //IDLE statelocalparam PWM_PLUS =1;//PWM duty plus statelocalparam PWM_MINUS =2;//PWM duty minus statelocalparam PWM_GAP =3;//PWM duty adjustment gapwire pwm_out; //pwm outputreg[31:0] period; //pwm step valuereg[31:0] duty; //duty valuereg pwm_flag ; //duty value plus and minus flag, 0: plus; 1: minusreg[3:0] state;reg[31:0] timer; //duty adjustment counterassign led =~pwm_out ;//led low activealways@(posedge clk ornegedge rst_n)begin if(rst_n ==1'b0) begin period <=32'd0; timer <=32'd0; duty <=32'd0; pwm_flag <=1'b0; state <= IDLE; end else case(state) IDLE: begin period <=32'd17179;//The pwm step value, pwm 200Hz(period = 200*2^32/50000000) state <= PWM_PLUS; duty <= DUTY_MIN_VALUE; end PWM_PLUS : begin if(duty > DUTY_MAX_VALUE - DUTY_STEP) //if duty is bigger than DUTY MAX VALUE minus DUTY_STEP , begin to minus duty value begin pwm_flag <=1'b1; duty <= duty - DUTY_STEP ; end else begin pwm_flag <=1'b0; duty <= duty + DUTY_STEP ; end state <= PWM_GAP ; end PWM_MINUS : begin if(duty < DUTY_MIN_VALUE + DUTY_STEP) //if duty is little than DUTY MIN VALUE plus duty step, begin to add duty value begin pwm_flag <=1'b0; duty <= duty + DUTY_STEP ; end else begin pwm_flag <=1'b1; duty <= duty - DUTY_STEP ; end state <= PWM_GAP ; end PWM_GAP: begin if(timer >= US_COUNT*100)//adjustment gap is 100us begin if(pwm_flag) state <= PWM_MINUS ; else state <= PWM_PLUS ; timer <=32'd0; end else begin timer <= timer +32'd1; end end default: begin state <= IDLE; end endcaseend//Instantiate pwm moduleax_pwm#(.N(32))ax_pwm_m0(.clk (clk),.rst (~rst_n),.period (period),.duty (duty),.pwm_out (pwm_out)); endmodule
3. 下载验证生成bitstream，并下载bit文件，可以看到PL LED1灯产生呼吸灯效果。PWM是比较常用的模块，比如风扇转速控制，电机转速控制等等。
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发表于 2021-1-12 13:50:31
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