显示页面 讨论 修订记录 反向链接 本页面只读。您可以查看源文件,但不能更改它。如果您觉得这是系统错误,请联系管理员。 =====三色灯控制===== ====硬件平台==== ------ - [[STEP-MXO2第二代]] ====设计要求==== ------ - 掌握按键消抖和PWM的实现原理 - 了解LED通过PWM调亮度的方法 - 掌握三基色颜色合成的原理 - 基于[[STEP-MXO2第二代]]平台实现三色灯的基本颜色合成及亮度控制 ====工作原理==== ------ 这里三色灯是在一个物理封装里面,有R(红)、G(绿)、B(兰)三种颜色的LED灯,这三个灯非常靠近,从远处看可以当作一个三色的发光点。 {{ :三基色合成.jpg |三基色合成}} 根据红、绿、蓝三色的不同组合可以合成不同颜色的光,例如红色和绿色组合可以产生黄色的光,绿色和蓝色组合可以产生青色的光,相同颜色不同亮度组合也会产生不同的光等等,如图。 本实验中我们实现三基色的固定组合,最终输出产生图中的红色、绿色、蓝色、黄色、青色、品红、白色7中颜色,然后根据PWM的原理调节LED灯颜色的亮度,使用PWM,给LED灯上施加数字信号,通过调整数字信号的占空比(调整占空比 = 调整有效值)来控制LED灯的亮度。 {{ :脉冲有效值.jpg |脉冲信号有效值}} 如上图所示,脉冲信号的周期为T,高电平脉冲宽度为t,占空比为t/T。为了实现PWM脉宽调制,我们需要保持周期T不变,调整高电平脉宽t的时间,从而改变占空比。 * 当t = 0时,占空比为0%,因为我们的LED硬件为低电平点亮,所以为最亮的状态。 * 当t = T时,占空比为100%,LED灯为最暗(熄灭)的状态。 我们使用按键控制t的变化,控制RGB合成色的亮度。 ====硬件连接==== ------ 三色灯是由三种颜色的LED集成的,硬件连接如下: {{ ::rgb_led.jpg |RGB三色灯硬件连接}} 注意:R、G、B三种颜色的LED的限流电阻的阻值是不同的,主要是因为达到同样的亮度,每种颜色的LED灯所需要的电流是不同的。 小脚丫开发板上有两组RGB三色灯,在本实验中我们采用其中的一组做实验。 ====代码设计==== ---- ===设计文件=== {{ :三色灯程序设计.jpg |三色灯程序设计}} 三色灯设计要求我们输出不同的颜色同时亮度可调,我们使用一个按键循环控制颜色,另外使用两个按键控制灯的亮度,接口定义如下: <code verilog> input clk_in, input rst_n_in, input key_color, input key_up, input key_down, output led_R, output led_G, output led_B </code> 有按键输入,需要按键消抖,具体原理请参考[[按键消抖]]实验,调用按键消抖的功能模块 <code verilog> //Debounce for key_color Debounce Debounce_color(.clk(clk_in),.rst_n(rst_n_in),.key_n(key_color),.key_pulse(color_pulse)); //Debounce for key_up Debounce Debounce_up(.clk(clk_in),.rst_n(rst_n_in),.key_n(key_up),.key_pulse(up_pulse)); //Debounce for key_down Debounce Debounce_down(.clk(clk_in),.rst_n(rst_n_in),.key_n(key_down),.key_pulse(down_pulse)); </code> 定义计数器cnt,每当按动按键key_color时,cnt在0~7之间循环计数,然后使用case语句,根据cnt不同的状态控制三色灯输出不同的颜色: <code verilog> always@(posedge color_pulse or negedge rst_n_in) begin if(!rst_n_in) begin cnt <= 3'd0; color <= 3'd0; end else begin cnt <= cnt + 3'd1; case(cnt) 3'd0: color <= BLACK; 3'd1: color <= RED; 3'd2: color <= GREEN; 3'd3: color <= BLUE; 3'd4: color <= YELLOW; 3'd5: color <= CYAN; 3'd6: color <= MAGENTA; 3'd7: color <= WHITE; default: color <= BLACK; endcase end end </code> 调用PWM功能模块,实现亮度的调节,具体原理见[[脉冲发生器]]和[[呼吸灯]]实验,产生PWM信号Lightness_out,然后根据PWM控制亮度,如下: <code verilog> assign led_R = Lightness_out? color[0]:1'b1; assign led_G = Lightness_out? color[1]:1'b1; assign led_B = Lightness_out? color[2]:1'b1; </code> 引脚分配如下: ^ 管脚名称 | clk_in| rst_n_in| key_color| key_up| key_down| led_R| led_G| led_B| ^ FPGA管脚 | C1 | N14 | L14 | M13 | M14 | M2 | N2 | P2 | ====仿真结果==== {{:红色.jpg?200 |红色}} {{:绿色.jpg?200 |绿色}} {{:蓝色.jpg?200 |蓝色}} {{:黄色.jpg?200 |黄色}} {{:品红.jpg?200|品红}} ====资源报告==== ^ 资源 | 数量 | 比例 | 说明 | ^ LUTs | 59 | 3% | | ^ 寄存器 | 78 | 2% | | ^ 存储器 | 0 | 0% | | ^ IO管脚 | 8 | | | ^ 时钟频率 | 12MHz | | | ====知识点==== * 颜色合成原理 * PWM脉宽调节 * 脉冲发生原理 ====参考文档==== * [[按键消抖]] * [[脉冲发生器]] * {{:machxo2familydatasheet.pdf|Lattice MachXO2数据手册}} ====相关文档==== ^ **文件名称** | **功能** | ^ **[[Color_led.v]]** | **三色灯,顶层模块** | ^ **[[Debounce.v]]** | **按键消抖模块** | ^ **[[Lightness.v]]** | **PWM亮度调节模块** |