基于fpga实现的多路pwm设计

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第8卷第10期中国水运Vol.8No.102008年10月ChinaWaterTransportOctober2008基于FPGA实现的多路PWM设计王珏，曾云（中国船舶重工集团公司第七二二研究所，湖北武汉430079）摘要：文章通过对PWM的原理分析，提出了一种基于FPGA技术的PWM的快速实现方法，并结合DSP实现了多路PWM输出。此实现方法具有硬件设计简单、运行速度快、成本低等优点。同时由于FPGA可重复编程的特点，可以对它进行在线修改、调试和运行。关键词：PWM；FPGA；VerilogHDL中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1006-7973（2008）10-0113-03一、引言未调制宽度；m是调制指数。PWM是脉冲宽度调制（PulseWidthModulation）的三、多路PWM设计的实现简称，它在自动控制和计算机技术领域中都有广泛的应用。PWM技术最初是在无线电技术中用于信号的调制，后来在电机控制、交流检测等实际应用系统中，PWM是整个系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统的技术核心。因此，设计支持PWM输出的芯片（或独立中，通过专用集成芯片或中小规模数字集成电路构成的传统的电路功能模块）实用价值很大。PWM控制电路往往存在电路设计复杂、体积大、抗干扰能力二、PWM调制原理差以及设计困难、设计周期长等缺点，因此，PWM控制电路PWM波通常由一列占空比不同的矩形脉冲构成，其占的模块化、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小、重量减轻且功耗降低，同时可使系统的可靠性大大提高。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随着电子技术的发展，特别是ASIC（专用集成电路）设计技为Ts的锯齿波发生器组成。语音信号如果大于锯齿波信号，术的日趋完善，数字化的EDA（电子设计自动化）工具给电比较器输出正常数A，否则输出0。因此，从图1中可以看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出，比较器输出一列下降沿调制的脉冲宽度调制波。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。初始相位寄存器数据线数据缓冲占空比寄存图1脉冲宽度调制原理分配器器逻辑控制PWM输出死区控制(计数器)通过图1（b）的分析可以看出，生成的矩形脉冲的宽度取决于脉冲下降沿时刻tk时的语音信号幅度值。因而，采频率字寄存样值之间的时间间隔是非均匀的。在系统的输入端插入一个器采样保持电路可以得到均匀的采样信号，但是对于实际中tk-kTs<RMMrhT<}00S>，0*7Cinttempint=cchar+40；首先要进行数据验证，即匹配其CRC码。其封装后的字if（tempint>128）{符串为：tempint=tempint+32；AIVDM，1，1，，B，}169DmBP01C8aIkTB>RMMrhT<00S>，0else{按照4.1节给出的算法1流程，算出其CRC码为“7C”，tempint=tempint+40；与信息本身的CRC校验码一致，说明该条信息在发射、传输}和接收过程中没有发生数据丢失等错误，可以解析出其封装cchar=（char）tempint；的信息。将封装后的字符串作为参数，传入算法2。经解析，inttchar=cchar；该AIS信息是1号电文，根据1号电文的信息结构，解析出for（intj=5；j>=0；j--）{发送该信息的船舶的MMSI编码是412431690；该船舶的tchar=tchar<<（31-j）；航行状态是用主机航行；实际航速：8.3节；位于oo''otchar=tchar>>>31；(3151.26,12053.57)NE；实际航向356等信息。aisBitSet[i*6+5-j]=Math.abs由上述计算机实验，可以看出，本文所建立的计算机解（tchar）；析AIS信息算法能够验证接收到的AIS信息的正确性，并且tchar=cchar；能解析出AIS电文的封装信息。}参考文献}[1]邵松青.基于AIS的自动协商避碰通信原语的设计与实现.}上海海事大学硕士学位论文.该算法传入的参数是被封装后的AIS信息，将该封装的[2]QinyouHuetal.“BringLiveAISInformationontheWeb信息解析后得到的是二进制数组，再根据不同电文的信息结SeaChartsbyUsingAjax”，ProceedingsofITST2008，构，提取出二进制数组中数据，转换成ASCII码，即可还原SophiaAntipolis，France，June6-8，2007，p455-459.被封装的信息。[3]袁安存，张淑芳.通用船载自动识别系统国际标准汇编.五、计算机实验和结论大连海事大学出版社.例如收到AIS信息：（上接114页）图6中理想的SWPM波形通过MATLAB仿真得到的半周期正弦波的SPWM波形，下面一张是最后FPGA输出的实测波形，也只截取了半个正弦周期。从图中对比可以看出实测输出的SWPM波形正确不误，很好完成了系统设计的功能。五、结束语从以上分析可以看出，此实现方法具有硬件设计简单、运行速度快、成本低等优点。同时由于FPGA可重复编程的特点，可以对它进行在线修改、调试和运行，配合DSP可以实现多路的PWM实现，具有很强的实用价值。此系统已成功研制，实现了48路PWM信号输出，信号良好，可通过DSP分别控制48路PWM信号进行延时输出，在后级通过功率单元发射信号，可以完成多路信号扫描发射，在水声和超声等需要多路PWM信号的领域有着很广泛的应用前景。参考文献[1]樊昌信，张甫诩，徐炳祥.通信原理.第5版，北京：国防工业出版社.2002，96－100.[2]宋万杰等.CPLD技术及其应用.西安：电子科技大学出版社.1999，193－198.[3]段吉海，黄智伟.基于CPLD/FPGA的数字系统建模与设图6理想SPWM波形与实测波形的比较计.北京：电子工业出版社.2004.