LX9开发板呼吸灯实现

2017-1-11 17:35 450 0

对LX9开发板硬件评测后,从这一节开始真正进入FPGA开发的世界。很多开发板的例程中必有跑马灯实验,老跑马也没意思,咱来把新潮的,整一个呼吸灯。


呼吸灯最初是出现在apple公司的笔记本产品中,当合上笔记本的时候,笔记本上的睡眠指示灯会出现呼吸状的闪烁,咱人们惊叹于apple丰富的想象力之余,之后就有很多公司效仿,并且呼吸灯出现在更多的电子产品中,如鼠标、手机。。。


关于呼吸灯的原理,首先了解一下呼吸的特性,如图1中曲线所示,吸气:指数上升曲线,持续约1.5秒;吸气:指数曲线下降,持续约1.5秒。一般成人平均每分钟呼吸16~18次。


图1


然后再介绍2个特性现象:



  1. Bloch定律指出进入人眼的光的积分或维持时间与光的强度光成反比。光源越亮,积分时间越短。显示较亮时,给予人眼以较高的时间敏感度,视觉暂留使人眼看到的连续的光序列。如果亮度变化的频率小于人眼的采样频率,就会感到明显的阶梯式的跳变。


  2. 视觉暂留现象,物体在快速运动时,当人眼所看到的影像消失后,人眼仍能继续保留其影像0.1~0.4秒左右的图像,这种现象被称为视觉暂留现象。



可以说以上2个特性现象能使我们看到的呼吸灯这种视觉艺术,并且这种视觉艺术只有通过电子工程师之后才能创造出来。


下面正式开始艺术创造之旅:


硬件要求:呼吸灯只需要一个LED灯即可,LX9开发板中有4个红色LED灯,选其一即可。


呼吸灯的FPGA程序设计:呼吸的效果是通过调节LED的暗灭来控制,基本是用PWM实现,如果连接LED的引脚输出高电平,LED亮,反之灭的话,高电平的在PWM一个周期内的占空比大的话,LED灯越亮;占空比小,LED灯越暗。


了解了原理和实现方案,还需要确定一下参数:


LX9开发板的可用的时钟频率是40MHz,初步定PWM周期为0.005秒,计算得到一个PWM周期的时钟周期Ncycle=40MHz x 0.0005s=200,000;如果以2秒进行一次呼吸,呼气和吸气分别有Mtime=200次可调节PWM占空比;占空比调节需要成指数曲线,如图2所示,曲线数据存储在ROM中,通过”./src/e.dat”文件初始化,共有201个数据。


图2


以下为Verilog实现代码:


以下是代码片段:

module BreathLed(

input clk_40M,

output reg Led

);


//Time Parameter

parameter Ncycle= 200000; //clk 40MHz ; 1cycle = 200000/40*10^6 = 0.005s

parameter Mtime = 200 ;


reg [19:0] cnt=0;

reg [19:0] curHigh=0;

reg up=1'b1;

reg [8:0] highcnt;

reg [19:0] rom_q[0:200];


initial begin

$readmemh("./src/e.dat",rom_q);

end


always@(posedge clk_40M) begin

if(cnt==Ncycle-1) begin

if(up==1'b1) begin

if(highcnt==Mtime)

up<=1'b0;

else

highcnt<=highcnt+1;

end

else begin

if(highcnt==0)

up<=1'b1;

else

highcnt<=highcnt - 1;

end


curHigh<=highcnt * 1000; //linear curve

//curHigh<=rom_q[highcnt];


cnt<=0;

end

else

cnt<=cnt+1;


if(cnt<=curHigh)

Led<=1'b1;

else

Led<=1'b0;

end

endmodule


如图3为MAP之后的资源利用情况,


图3


呼吸灯演示视频如下:

http://v.youku.com/v_show/id_XNDk5ODE1MTQ0.html


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