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FPGA第三讲课件——产生PWM、SPWM波.ppt

发布时间：2022-06-14 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：2.39M 资料格式：ppt 举报 版权申诉
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    FPGA产生PWM、SPWM波
    FPGA---PWM v 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， 对于需要多路PWM信号的系统实现有着很 强的实用性。
    FPGA---SPWM v 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。
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