基于單片機和fpga的四通道pwm信號發(fā)生器接口設計(編輯修改稿)
2024-10-02 14:56 本頁面
【文章內容簡介】 將采集的模擬量數據進行運 算和處理根據設計要求對輸出控制進行脈寬調制 達到恒流， 恒壓 ， 恒溫 ，恒速的目的 。 隨著大規(guī)模集成電路的不斷發(fā)展很多單片機都有內置 PWM 模塊 ，因此單片機的 PWM 控制技術可以用內置 PWM 模塊實現(xiàn) ， 也可以用單片機的其它資源由軟件模擬來實現(xiàn) ， 還可以通過控制外置硬件電路來實現(xiàn) 。 可編程邏輯器件 (PLD)及 EDA 技術的應用成為電子系統(tǒng)設計的潮流。 FPGA 是一種新興的可編程邏輯器件 (PLD)，與其它 PLD 相比，具有更高的密度、更快的工作速度和更大的編程靈活性。單片機以其體積小、功能齊全、價格低廉、可靠性高等方面所具有的獨特優(yōu)點， 長期以來被廣泛的應用在各領域。基于 FPGA 的高密度、高速度、現(xiàn)場可編程的能力和單片機強大的數據處理功能，制作了波形發(fā)生系統(tǒng)，用于產生頻率為 10Hz~20kHz 的四路分別占空比 0~100%可調的 PWM 波。 現(xiàn) 著重介紹用 基于可編程的 FPGA和單片機實現(xiàn) 四通道 PWM信號發(fā)生器 及其接口的設計 。 可編程邏輯器件 (PLD)及 EDA 技術的應用成為電子系統(tǒng)設計的潮流。 FPGA是一種新興的可編程邏輯器件 (PLD)，與其它 PLD 相比，具有更高的密度、更快的工作速度和更大的編程靈活性。單片機以其體積小、功能齊全、價格低廉、可靠性高 等方面所具有的獨特優(yōu)點，長期以來被廣泛的應用在各領域?；贔PGA 的高密度、高速度、現(xiàn)場可編程的能力和單片機強大的數據處理功能，制作了波形發(fā)生系統(tǒng)，用于產生頻率為 10Hz~20kHz 的正弦波，鋸齒波，三角波和四路分別占空比 0~100%可調的 PWM 波 。 2 FPGA 的特點及應用 FPGA (Field Programmable Gate Array, 用戶現(xiàn)場可編程門陣列 )是起源于 80 年代中期 , 由美國硅谷 Xilinx 公司首創(chuàng)的全新概念。 FPGA 能進行現(xiàn)場設計、現(xiàn)場編程、現(xiàn)場驗證、現(xiàn)場修改與分析 , 從而現(xiàn)場實現(xiàn)數字系統(tǒng)的單片設計和應用 , 在大專院校、科研所、航空航天、數字通信、計算機應用領域展示出了廣泛的應用前景。 XC 系列 FPGA 器件的內部結構特點 3 Xilinx FPGA 的結構框圖如 圖 1 所示。 圖 1 Xilinx FPGA 的結構框圖 圖 2 給出了 XC3000 系列 FPGA 的內部結構圖。它主要由以下幾個部分組成 : (1)可編程邏輯塊 CLB。 (2)可編程輸入 246。 輸出模塊 LOB。 (3)可編程內部連線 P I 。 (4)矩陣開關 。 (5)三態(tài)緩沖 。 (6)上拉電阻和長線等 。 I/ O 模塊分布在芯片四周 , 它是內部邏輯和芯片封裝腳之間的接口。邏輯單元通過程序定義內部聯(lián)接關系 , 完成用戶所需的邏輯功能。邏輯單元與邏輯單元、邏輯單元與外界的連接關系以及矩陣開關的狀 態(tài)都通過程序定義。 4 圖 2 XC3000 系列 FPGA 的內部結構圖 可編程邏輯單元 CLB CLB 是 FPGA 的核心。圖 3 為 XC3000 系列的 CLB 結構 從圖中可看出 , 它主要由 D 觸發(fā)器、組合邏輯功能模塊及多個多路數據選擇器構成 。 CLB 內部的兩個 D 觸發(fā)器由 CL K 端的外部時鐘驅動 , 時鐘可由用戶編程有效極性 (上升沿、下降沿 ) 。組合功能模塊具有五個邏輯輸入變量 , 并生成一個具有布爾功能的輸出。從圖中還可以看出 : 組合邏輯功能模塊的延遲相對固定 , 與所要產生的邏輯功能無關 , 它只由器件的速度等級而定。通過單個 CLB 的信號延遲時間一般不超 過 4。 5n s 至 7n s, 而用中小規(guī)模器件來完成一個 CLB 所包含的同樣的邏輯功能 , 其信號延遲時間則需要 30n s。因此 , CLB 的延遲時間要小得多 , 從而大大提高了所設計產品的性能。 D 寄存器鎖存后到達輸出緩沖器的輸入端。當選為雙向時 , 可以由邏輯控制三態(tài)緩沖器來定義其輸入或者為輸出 , 使用非常方便。 5 圖 3 XC3000 系列的 CLB 結構 3 PWM 控制的特點與方法 PWM 控制的基本原理很早就已經提出 ,但是受電力電子器件發(fā)展水平的制約 ,在上世紀 80 年代以前一直未能實現(xiàn) .直到進入上世紀 80 年代 ,隨著全控型電力電子器件的出現(xiàn)和迅速發(fā)展 ,PWM 控制技術才真正得到應用 .隨著電力電子技術 ,微電子技術和自動控制技術的發(fā)展以及各種新的理論方法 ,如現(xiàn)代控制理論 ,非線性系統(tǒng)控制思想的應用 ,PWM 控 制技術獲得了空前的發(fā)展 .到目前為止 ,已出現(xiàn)了多種 PW
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