Verilog HDL实现PWM控制LED实验详解

实验9：PWM脉冲波实验是EDA技术及应用课程中的一个重要实践环节，主要目标是让学生熟悉并掌握Verilog HDL语言编程技巧，实现FPGA对LED的脉宽调制（PWM）控制。在这个实验中，学生将利用quartusII开发环境和FPGA实验箱进行操作。 首先，实验的核心是理解PWM的工作原理，它是一种通过调整脉冲信号占空比来模拟连续信号的技术。在固定频率下，脉冲的持续时间（占空比）决定了输出电压的平均值，从而控制模拟输出的亮度。例如，在本实验中，通过两个按键key1和key2来调节PWM的占空比，从而控制LED的亮度变化。 实验设备包括带有quartusII软件的PC机，用于编程和仿真；FPGA实验箱提供硬件平台，以及电源线和下载线用于连接和调试。FPGA内部会设计一个计数器，其周期被设定为1毫秒，通过计数器的计数值与预设的duty_cycle（占空比）乘积确定输出PWM信号的高电平时间。代码中，计数器会在达到设定的最大值后清零，然后重新开始计数。 源代码部分展示了如何用Verilog HDL实现这个功能。模块pwm30定义了输入时钟clk、复位信号rst_n，以及按键输入key3、key2、key1和key_ctrl，以及输出PWM信号PWM_out。其中，counter变量记录当前计数状态，duty_cycle表示当前的占空比值，而sd则是每次计数间隔。在时钟上升沿触发的always块中，程序会检查计数器是否小于预设的duty_cycle乘以sd，如果是，则PWM_out输出高电平，否则输出低电平。 值得注意的是，虽然理论上可以设置50000个级数来精细调节占空比，但在实际应用中，代码简化为五级，每级占空比增加20%，这既减少了硬件资源消耗，又确保了足够的调节精度。通过这个实验，学生能够深入了解数字逻辑设计在模拟控制中的应用，提升对硬件描述语言的理解和编程能力。 这个实验不仅锻炼了学生的动手能力和理论联系实际的能力，还培养了他们对PWM工作原理的实际运用和优化设计思维。