原創聲明：

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適用于板卡型號：

AXU2CGA/AXU2CGB/AXU3EG/AXU4EV-E/AXU4EV-P/AXU5EV-E/AXU5EV-P /AXU9EG/AXU15EG

實驗Vivado工程為“pwm_led”。

本文主要講解使用PWM控制LED，實現呼吸燈的效果。

1.實驗原理

如下圖所示，用一個N比特的計數器，最大值可以表示為2的N次方，最小值0，計數器以“period”為步進值累加，加到最大值后會溢出，進入下一個累加周期。當計數器值大于“duty”時，脈沖輸出高，否則輸出低，這樣就可以完成圖中紅色線所示的脈沖占空比可調的脈沖輸出，同時“period”可以調節脈沖頻率，可以理解為計數器的步進值。

不同的脈沖占空比的方波輸出后加在LED上，LED燈就會顯示不同的亮度，通過不斷地調節方波的占空比，從而實現LED燈亮度的調節。

2. 實驗設計

PWM模塊設計非常簡單，在上面的原理中已經講到，這里不再說原理。

PWM模塊（ax_pwm）端口

`timescale1ns/1psmoduleax_pwm#(
	parameterN=16//pwmbitwidth
)(inputclk,inputrst,input[N-1:0]period,	//pwmstepvalueinput[N-1:0]duty,		//dutyvalueoutputpwm_out	//pwmoutput);reg[N-1:0]period_r;		//periodregisterreg[N-1:0]duty_r;		//dutyregisterreg[N-1:0]period_cnt;	//periodcounterregpwm_r;assignpwm_out=pwm_r;always@(posedgeclkorposedgerst)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)	//ifperiodcounterisbiggerorequalstodutyvalue,thensetpwmvaluetohighpwm_r<=1'b1;else
????????????pwm_r?<=1'b0;endend

那么如何實現呼吸燈的效果呢？我們知道呼吸燈效果是由暗不斷的變亮，再由亮不斷的變暗的過程，而亮暗效果是由占空比來調節的，因此我們主要來控制占空比，也就是控制duty的值。

在下面的測試代碼中，通過設置period的值，設定PWM的頻率為200Hz，PWM_PLUS狀態即是增加duty值，如果增加到最大值，將pwm_flag置1，并開始將duty值減少，待減少到最小的值，則開始增加duty值，不斷循環。其中PWM_GAP狀態為調整間隔，時間為100us。

`timescale1ns/1psmodulepwm_test(input		clk,		//25MHzinput		rst_n,		//lowactive	output	led			//high-off,low-on);
					localparamCLK_FREQ=25;				//25MHzlocalparamUS_COUNT=CLK_FREQ;		//1uscounterlocalparamMS_COUNT=CLK_FREQ*1000;	//1mscounterlocalparamDUTY_STEP	=32'd100000;	//dutysteplocalparamDUTY_MIN_VALUE=32'h6fffffff;	//dutyminimumvaluelocalparamDUTY_MAX_VALUE=32'hffffffff;	//dutymaximumvalue					localparamIDLE		=0;	//IDLEstatelocalparamPWM_PLUS	=1;//PWMdutyplusstatelocalparamPWM_MINUS	=2;//PWMdutyminusstatelocalparamPWM_GAP	=3;//PWMdutyadjustmentgapwire		pwm_out;	//pwmoutputreg[31:0]	period;		//pwmstepvaluereg[31:0]	duty;		//dutyvaluereg			pwm_flag;	//dutyvalueplusandminusflag,0:plus;1:minusreg[3:0]	state;reg[31:0]	timer;		//dutyadjustmentcounterassignled=~pwm_out;//ledlowactivealways@(posedgeclkornegedgerst_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)	//ifdutyisbiggerthanDUTYMAXVALUEminusDUTY_STEP,begintominusdutyvalue				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?=US_COUNT*100)//adjustmentgapis100us				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. 下載驗證

生成bitstream，并下載bit文件，可以看到PL LED1燈產生呼吸燈效果。PWM是比較常用的模塊，比如風扇轉速控制，電機轉速控制等等。