电子设计自动化课程
设计报告
小组成员：
学 院： 机电与信息工程学院
专 业： 电子信息科学与技术
年 级
一、实验要求
基本要求是利用FPGA，设计程序，让LED显示呼吸灯效果，即控制灯的亮暗速率，使LED由暗缓慢变亮 再逐渐变暗的过程。另外，数码管可以一直显示学号后四位，复位按键用来对系统进行复位。
可扩展功能是以不同的速率控制呼吸灯，能使八个LED显示不同的呼吸效果，并自行实现其它的拓展创新效果。
二、设计思路
1.显示学号
实现数码管循环显示两名组员的学号后四位。本次实验使用的数码管是4位共阳数码管，由4个输入控制选通，且4个数码管共用8个段引脚。
若想显示学号的后四位，思路是首先利用4位输入的选通端，显示学号的后四位，然后调整输入时钟的频率，加快选通端的交替速度，利用人类视觉暂留的特点来实现。这样，具体实现为设计状态机，不同的状态分别表示对应的数码管的数字。这样就可以显示出一名组员的学号。
2.呼吸灯
呼吸的效果是通过输入PWM（脉宽调制信号），以不同的占空比输入高低电平来实现的。当占空比逐渐增大时，LED灯的亮度会逐渐增大，反之占空比逐渐减小，LED的亮度会逐渐降低。
为了输出PWM波形，我们是这样来实现的：由基本频率分频产生相差1000倍的两个频率F0和F1，不妨假设F0=1，F1=1000。由F0和F1加计数，计数值分别为cnt1和cnt2，计数值范围相同，从0到999共1000个数。当cnt2cnt1时，输出低电平。这样我们可以想象，每1秒，cnt1只改变1次，而cnt2改变1000次，这里面总有cnt1小于cnt2的时候，也有cnt1大于cnt2的时候，相应的就会产生高低电平，且周期固定，为F0。如此一来我们就产生了周期不变，只改变占空比的PWM波形。但问题是这种方法只产生占空比增大的PWM，为了实现PWM占空比减小，我们再把F0分频1000倍，为F0’，当cnt1计数完一遍后，F0’便取反，通过F0’为高电平和低电平两种状态，控制已产生的PWM波的占空比变化的方向。
3.发挥部分
8个LED每两个为一组共3组，每一组的两个LED的呼吸速率是相同的，不同组的LED呼吸速率是不同的。合理安排每组LED对应的引脚，实现较为美观的呼吸效果。
三、关键程序
1. 分频
PROCESS(CLK)
variable count:integer range 0 to 9;
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN
if count=9 then clk1w
count:=0;
else count:=count+1;
end if;
end if;
end process;
PROCESS(CLK)
variable count:integer range 0 to 99;
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN
if count=99 then clk1m
count:=0;
else count:=count+1;
end if;
end if;
2. 计数
process(clk1k)------------PWMjishu
begin
if clk1k'event and clk1k='1' then
if cnt1=999 then cnt1
else cnt1
end if;
end if;
end process;
process(clk1k)------------PWMjishu
begin
if clk1k'event and clk1k='1' then
if cnt4=4999 then cnt4
else cnt4
end if;
end if;
3. 状态机
COM:PROCESS(ST) BEGIN
CASE ST IS
WHEN S0 => H1
WHEN S1 => H1
WHEN S2 => H1
WHEN S3 => H1
WHEN OTHERS =>NST
END CASE;
END PROCESS COM;
REG:PROCESS(CLK1J,RST) BEGIN
IF RST='0' THEN ST
ELSIF CLK1J'EVENT AND CLK1J='1' THEN ST
END PROCESS REG;
HEX1
四、RTL图、状态图、实物图
四位数码管循环显示学号的后四位的同时，8个LED分为L1&L2&L4、L3&L6、L5&L7&L8四组分别以不同速率呈现呼吸灯效果。
五、实验总结
本次实验的一个难点在于PWM波的产生，如果是使用C51单片机一类的芯片，那么通过中断是可以较容易的实现的，但由于此次使用FPGA芯片，没有中断功能，一开始并没有思路。几番查阅书籍、搜索网络资源，我们在他人的基础上研究学习，通过修改达到了自己想要的结果，所以对我们来说这真是一份宝贵的经验和财富。
总之，本次实验不仅让我们复习了学过的FPGA知识，还通过尝试新方法、解决难题等掌握了新的思路、新的方法，使我们对FPGA的应用更加熟练。实验过程中有成功也有失败，磨练了我们的意志，锻炼了我们的技巧，希望此次实验可以给我们将来带了有益的帮助。
电子设计自动化课程
设计报告
小组成员：
学 院： 机电与信息工程学院
专 业： 电子信息科学与技术
年 级
一、实验要求
基本要求是利用FPGA，设计程序，让LED显示呼吸灯效果，即控制灯的亮暗速率，使LED由暗缓慢变亮 再逐渐变暗的过程。另外，数码管可以一直显示学号后四位，复位按键用来对系统进行复位。
可扩展功能是以不同的速率控制呼吸灯，能使八个LED显示不同的呼吸效果，并自行实现其它的拓展创新效果。
二、设计思路
1.显示学号
实现数码管循环显示两名组员的学号后四位。本次实验使用的数码管是4位共阳数码管，由4个输入控制选通，且4个数码管共用8个段引脚。
若想显示学号的后四位，思路是首先利用4位输入的选通端，显示学号的后四位，然后调整输入时钟的频率，加快选通端的交替速度，利用人类视觉暂留的特点来实现。这样，具体实现为设计状态机，不同的状态分别表示对应的数码管的数字。这样就可以显示出一名组员的学号。
2.呼吸灯
呼吸的效果是通过输入PWM（脉宽调制信号），以不同的占空比输入高低电平来实现的。当占空比逐渐增大时，LED灯的亮度会逐渐增大，反之占空比逐渐减小，LED的亮度会逐渐降低。
为了输出PWM波形，我们是这样来实现的：由基本频率分频产生相差1000倍的两个频率F0和F1，不妨假设F0=1，F1=1000。由F0和F1加计数，计数值分别为cnt1和cnt2，计数值范围相同，从0到999共1000个数。当cnt2cnt1时，输出低电平。这样我们可以想象，每1秒，cnt1只改变1次，而cnt2改变1000次，这里面总有cnt1小于cnt2的时候，也有cnt1大于cnt2的时候，相应的就会产生高低电平，且周期固定，为F0。如此一来我们就产生了周期不变，只改变占空比的PWM波形。但问题是这种方法只产生占空比增大的PWM，为了实现PWM占空比减小，我们再把F0分频1000倍，为F0’，当cnt1计数完一遍后，F0’便取反，通过F0’为高电平和低电平两种状态，控制已产生的PWM波的占空比变化的方向。
3.发挥部分
8个LED每两个为一组共3组，每一组的两个LED的呼吸速率是相同的，不同组的LED呼吸速率是不同的。合理安排每组LED对应的引脚，实现较为美观的呼吸效果。
三、关键程序
1. 分频
PROCESS(CLK)
variable count:integer range 0 to 9;
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN
if count=9 then clk1w
count:=0;
else count:=count+1;
end if;
end if;
end process;
PROCESS(CLK)
variable count:integer range 0 to 99;
BEGIN
IF CLK'EVENT AND CLK='1' THEN
if count=99 then clk1m
count:=0;
else count:=count+1;
end if;
end if;
2. 计数
process(clk1k)------------PWMjishu
begin
if clk1k'event and clk1k='1' then
if cnt1=999 then cnt1
else cnt1
end if;
end if;
end process;
process(clk1k)------------PWMjishu
begin
if clk1k'event and clk1k='1' then
if cnt4=4999 then cnt4
else cnt4
end if;
end if;
3. 状态机
COM:PROCESS(ST) BEGIN
CASE ST IS
WHEN S0 => H1
WHEN S1 => H1
WHEN S2 => H1
WHEN S3 => H1
WHEN OTHERS =>NST
END CASE;
END PROCESS COM;
REG:PROCESS(CLK1J,RST) BEGIN
IF RST='0' THEN ST
ELSIF CLK1J'EVENT AND CLK1J='1' THEN ST
END PROCESS REG;
HEX1
四、RTL图、状态图、实物图
四位数码管循环显示学号的后四位的同时，8个LED分为L1&L2&L4、L3&L6、L5&L7&L8四组分别以不同速率呈现呼吸灯效果。
五、实验总结
本次实验的一个难点在于PWM波的产生，如果是使用C51单片机一类的芯片，那么通过中断是可以较容易的实现的，但由于此次使用FPGA芯片，没有中断功能，一开始并没有思路。几番查阅书籍、搜索网络资源，我们在他人的基础上研究学习，通过修改达到了自己想要的结果，所以对我们来说这真是一份宝贵的经验和财富。
总之，本次实验不仅让我们复习了学过的FPGA知识，还通过尝试新方法、解决难题等掌握了新的思路、新的方法，使我们对FPGA的应用更加熟练。实验过程中有成功也有失败，磨练了我们的意志，锻炼了我们的技巧，希望此次实验可以给我们将来带了有益的帮助。