《FPGA第三讲课件——产生PWM、SPWM波》由会员分享，可在线阅读，更多相关《FPGA第三讲课件——产生PWM、SPWM波（39页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、FPGA产生PWM、SPWM波,FPGA-PWM,PWM是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的简称，它在自动控制和计算机技术领域中都有广泛的应用。在电机控制、交流检测等实际应用系统中，PWM 是整个系统的技术核心。因此，设计支持 PWM 输出的芯片（或独立的电路功能模块）实用价值很大。,PWM调制原理 PWM 波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占空比与信号的瞬时采样值成比例。图 1 所示为脉冲宽度调制系统的原理框图和波形图。该系统有一个比较器和一个周期为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，比较器输出正常数 A，否则输出 0。因此，从图 1 中可以
2、看出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。,PWM 技术最初是在无线电技术中用于信号的调制， 后来在低频大功率电路中得到了很好的应用。 在直流伺服控制系统中，通过专用集成芯片或中小规模数字集成电路构成的传统PWM 控制电路往往存在电路设计复杂、体积大、抗干扰能力差以及设计困难、设计周期长等缺点，因此，PWM 控制电路的模块化、集成化已成为发展趋势。 它不仅可以使系统体积减小、重量减轻且功耗降低，同时可使系统的可靠性大大提高。随着电子技术的发展，特别是ASIC（专用集成电路）设计技术的日趋完善，数字化的 EDA（电子设计自动化）工具给电子设计带来了巨大变革，在水声和超声、电机控制等许多应用
3、场合， 需要产生多路频率和脉冲宽度可调的PWM 波形， 这可通过 FPGA 丰富的硬件资源和可以配置 I/O 引脚来实现。嵌入式系统中FPGA的应用设计关键是系统软硬件功能的划分。,1单路PWM发生器结构和原理 图2是实现的单路PWM硬件结构框图。 CPU通过数据线向FPGA写入定时常数控制PWM的频率、初始相位和占空比，并通过外部启动信号控制PWM的启动。,系统的工作过程： 采用50M时钟脉冲信号作为PWM生成器的时钟信号。首先 CPU计算出所需要输出 PWM 的频率，初始相位和占空比信息，通过数据线向FPGA 内部寄存器写入以上信息，并通过外部启动信号控制PWM的启动。,2多路PWM发生器
4、的实现原理 通过上面的设计可以实现单路的PWM的 FPGA设计，利用FPGA来扩展I/O接口， 可实现多路PWM （脉宽调制）输出，在超声、电机控制等许多应用场合，需要产生多路频率，和脉冲宽度可调的PWM波形。 应用实现的单路的PWM的设计， 可以推广到多路PWM设计， 图4为多路PWM的系统原理框图。 通过一个主控内部计算产生输出生成 PWM 所需的频率、初始相位、占空比等参数，后级可并联数个 FPGA 芯片，来生成 PWM波形，每片 FPGA 内部又可以生成 6-10 路 PWM 信号，通过级联 FPGA，可以产生多路不同频率、占空比、初始相位的PWM信号， 有较好的同步及一致性， 对于需
5、要多路PWM信号的系统实现有着很强的实用性。,FPGA-SPWM,正弦脉宽调制(SPWM)技术在交流调速系统中得到广泛应用,但SPWM的波形生成是应用中一个难点,目前形成SPWM的方法有:(1)由分立元件构成,结构简单,但可靠性和精度均不能满足要求;(2)采用计算机计算或查表方式,省却了硬件电路,但CPU负担很重; (3)采用专用集成电路,如SLE4520、SA4828等,但其功能固定,可扩展性差;(4)采用FPGA(现场可编门阵列),具有速度快、精度高且可以在线编程修改等优点,是一种较好的方案。,SPWM原理；用输出的正弦信号作为调制波,用高频三角波作为载波.,SPWM两个参数:载波比： N
6、=F三角/F正弦 （最好为3的倍数）调制度：M=V正弦/V三角 （ New Block/Schematic document（原理图输入法为例子讲述）,2）选择New对话框中的Device Design files页下的Block Diagram/Schematic File，点击OK，打开如图所示的图形编辑器对话框，进行设计文件输入。,3）在图形编辑窗口中的任何一个位置双击鼠标，或点击图中的“符号工具” 按钮，或选择菜单Edit下的Insert symbol命令，弹出如右图所示的元件 选择窗口 Symbol 对话框。,4）用鼠标点击单元库前面的加号(+)，库中的元件符号以列表的方式显示出来，
7、选择所需要的元件符号，该符号显示在Symbol对话框的右边，点击OK按钮，添加相应元件符号在图像编辑工作区中，连接原理图。,原理图输入法优缺点：优点： 1）可以与传统的数字电路设计法接轨，即使用传统设计方法得到电路原理图，然后在Quartus平台完成设计电路的输入、仿真验证和综合，最后下载到目标芯片中。 2） 它将传统的电路设计过程的布局布线、绘制印刷电路板、电路焊接、电路加电测试等过程取消，提高了设计效率，降低了设计成本，减轻了设计者的劳动强度。缺点： 1）原理图设计方法没有实现标准化，不同的EDA软件中的图形处理工具对图形的设计规则、存档格式和图形编译方式都不同，因此兼容性差，难以交换和管理。 2）由于兼容性不好，性能优秀的电路模块的移植和再利用非常困难难以实现用户所希望的面积、速度以及不同风格的综合优化 3）原理图输入的设计方法不能实现真实意义上的自顶向下的设计方案，无法建立行为模型，从而偏离了电子设计自动化最本质的涵义。,
