Verilog：LED呼吸灯

模块接口说明

信号	方向	描述
clk	输入	系统时钟（100MHz，周期10ns）
rst_n	输入	低电平有效的异步复位信号
led_en	输入	总使能信号（1=开启呼吸灯，0=关闭）
speed_en	输入	呼吸速度调节使能信号
speed[2:0]	输入	呼吸速度分级（0-7对应8级速度，0最慢，7最快）
led	输出	即PWM输出（受led_en控制）

模块代码：

/* 呼吸灯模块例化
led_breath #(
    .STEP     (1)
) led_breath(
    .clk      (clk     ),         
    .rst_n    (rst_n   ),
    .led_en   (led_en  ),
    .speed_en (speed_en),     
    .speed    (speed   ),
    .led      (led     )   
);
*/

`timescale 1ns/1ps
// 呼吸灯模块（输出PWM波实现）
module led_breath #(
    parameter STEP = 1      //默认PWM占空比变化步长
)(
    input  wire clk,        // 时钟（100MHz）
    input  wire rst_n,      // 复位
    input  wire led_en,     // LED使能控制信号 1亮 0灭
    input  wire speed_en,   // 设置LED呼吸频率使能信号
    input  wire [2:0]speed, // LED呼吸频率(8级调节 0最慢 7最快)
    output wire led         // LED（PWM波）
);
localparam T_MAX    = 100000;// 占空比阈值变化周期的计数上限（1ms阈值变化一次）
localparam DUTY_MAX = 1000;  // 占空比计数上限（也是PWM波周期，同一占空比下周期长短不影响平均电压）
// 占空比阈值1ms变化一次，占空比计数上限1000，最小步长为1，最大8：因此LED呼吸一次周期最长2s、最短0.25s

reg [3:0]  step;            // PWM波占空比变化步长
reg [23:0] t_cnt;           // 呼吸周期计数器
reg [15:0] duty;            // 当前占空比阈值
reg [15:0] duty_cnt;        // 占空比计数
reg direction;              // 亮度变化方向 0变亮 1变暗
wire PWM;                   //PWM波信号线

// 设置PWM波占空比步长（最小步长为1，最大8）
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n) 
        step <= STEP;
    else if (speed_en)
        step <= (speed==7) ? 8 : (speed+1); //步长+1：最小步长1、最大8
end

// 呼吸周期计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n) 
        t_cnt <= 0;
    else if (t_cnt == T_MAX-1)
        t_cnt <= 0;
    else
        t_cnt <= t_cnt + 1;
end

// PWM占空比阈值变化
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n) begin
        duty      <= 0;
        direction <= 0;
    end
    else if (t_cnt == T_MAX-1) begin 
        if (direction == 0) begin //变亮
            if (duty +step < DUTY_MAX) //防止占空比阈值不超过最大
                duty <= duty + step;
            else
                direction <= 1;
        end
        else begin //变暗
            if (duty -step > 0 && duty -step < DUTY_MAX) //防止减法溢出的情况
                duty <= duty - step;
            else
                direction <= 0;
        end
    end
end

// 占空比计数器
always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if (!rst_n)
        duty_cnt <= 0;
    else if (duty_cnt == DUTY_MAX-1)
        duty_cnt <= 0;
    else
        duty_cnt <= duty_cnt + 1;
end
// PWM波输出
assign PWM = (duty_cnt <= duty);

// LED使能输出
assign led = led_en && PWM;

endmodule