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1、FPGA产生PWM、SPWM波FPGA---PWMPWM是脉冲宽度调制（PulseWidthModulation）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
2、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
3、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FPG
4、A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
5、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
6、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=F三角/F正弦（最好为3的倍数）调制度：M=V正弦/V三角（<1）2SPWM波形控制器设计系统由直接频率生成器产生低频正弦信号,然后与累加累减计数器产生的数字高速三角波进行高速比较而产生SPWM,再经过死区控制模块产生死区。2.1系统构图图2是SPWM波形控制器结构框图。SPWM波形产生设计SPWM波是根据三角载波与正弦调制波的交点而得到的一系列脉冲,其幅度不变而宽度按正弦规律变化。利用FPGA生成SPWM信
7、号,需要将数字三角载波数据与正弦调制波数据进行实时比较。当三角波计数器数据比正弦调制波数据大时,输出1;当三角波计数器数据比正弦调制波数据小时,输出0。由此可以产生宽度按正弦变化但幅度不变的SPWM信号。5结论利用FPGA的高速、高集成度、易于编程的特点,设计一个SPWM波形控制器,既可以生成三相SPWM波形,也可以产生单相SPWM,只需改变程序即可。仿真和测试验证了设计的有效性,可以很方便地和单片机构成通用的交流调速系统,具有较好的应用价值。PWM是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如我们现在的
8、电动车电机调速就是使用这种方式。SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规率排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它
