基于單片機(jī)和fpga的四通道pwm信號(hào)發(fā)生器接口設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)
2025-08-18 14:56本頁(yè)面
【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過的材料。均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。程序清單等），文科類論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，因此單片機(jī)被廣泛應(yīng)用于我們的生活、工作、科研等各個(gè)領(lǐng)域。據(jù)進(jìn)行運(yùn)算和處理根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)輸出控制進(jìn)行脈寬調(diào)制達(dá)到恒流，恒壓，恒溫，它資源由軟件模擬來實(shí)現(xiàn)，還可以通過控制外置硬件電路來實(shí)現(xiàn)。
【正文】 當(dāng)三角波只在其頂點(diǎn) (或底點(diǎn) )位置對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí) ,由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬 ,在一個(gè)載波周期(即采樣周期 )內(nèi)的位置是對(duì)稱的 ,這種方法稱為對(duì)稱規(guī)則采樣 .當(dāng)三角波既在其頂點(diǎn)又在底點(diǎn)時(shí)刻對(duì)正弦波進(jìn)行采樣時(shí) ,由階梯波與三角波的交點(diǎn)所確定的脈寬 ,在一個(gè)載波周期 (此時(shí)為采樣周期的兩倍 )內(nèi)的位置一般并不對(duì)稱 ,這種方法稱為非對(duì)稱規(guī)則采樣 . 規(guī)則采樣法 是對(duì)自然采樣法的改進(jìn) ,其主要優(yōu)點(diǎn)就是是計(jì)算簡(jiǎn)單 ,便于在線實(shí)時(shí)運(yùn)算 ,其中非對(duì)稱規(guī)則采樣法因階數(shù)多而更接近正弦 .其缺點(diǎn)是直流電壓利用率較低 ,線性控制范圍較小 。 4 總體設(shè)計(jì)方案 由于 FPGA 是一個(gè)高度集成化且易于實(shí)現(xiàn)模塊化的器件，故本課題采用模塊化的設(shè)計(jì)方法， 參照單片機(jī)對(duì) FPGA 功能擴(kuò)展的思路 ， 將總體設(shè)計(jì)分成七個(gè)模塊，其中四個(gè)模塊是相同的，各模塊能實(shí)現(xiàn)特定的功能 。 總體的設(shè)計(jì)如圖 4 所示 。 8 圖 4 總體設(shè)計(jì)圖 現(xiàn)分別介紹說明各個(gè)模塊的功能與作用。 SQU 模塊 模塊 SQU是 PWM信號(hào)發(fā)生模塊。 SQU的 ADR口輸入一個(gè)由八位計(jì)數(shù)器 CNT8B輸出的數(shù)字鋸齒波信號(hào)； CIN 口輸入一個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)，這兩個(gè)信號(hào)通過一個(gè)數(shù)字比較器進(jìn)行比較，然后輸出一個(gè)與 CIN 寬度相同占空比的的方波信號(hào) 。所以 CIN 是SQU 輸出方波信號(hào)占空比的控制字，而進(jìn)入 ADR 的鋸齒波信號(hào)的頻率等于方波頻率。 用 Verilog 語(yǔ)言進(jìn)行編程設(shè)計(jì)的 SQU 模塊的源程序如下： 然后將其打包成 SQU 模塊如下： 9 PWM4 模塊 PWM4 的功能是通過單片機(jī)像四個(gè) SQU 模塊分別輸入 PWM4 信號(hào)的脈寬控制數(shù)據(jù)。本模塊采用輸入原理圖的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。其原理圖如 圖 5 所示 。 10 圖 5 PWM4 模塊 原理圖 然后將其打包成 PWM4 模塊如下： 11 PLL20 模塊 鎖相環(huán)模塊 PLL20 輸出的 c1 信號(hào)有 CLKOUT 輸出（ 12MHz） ,為單片機(jī)提供工作時(shí)針； c0 信號(hào)時(shí) 80kHz，是計(jì)數(shù)器 CNT8B 的時(shí)鐘信號(hào)，決定 PWM 信號(hào)的頻率。 由于 Quartus Ⅱ自身有鎖相環(huán)模塊只需設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)直接調(diào)用系統(tǒng)的即可。 設(shè)置好的 PLL20 模塊如下所示： CNT8B 模塊 CNT8B 模塊是一個(gè) 8 位計(jì)數(shù)器，也可直接在系統(tǒng)里直接調(diào)用即可。 設(shè)置好 參數(shù) 的 CNT8B 模塊如下 所示： 12 完全 系統(tǒng)模塊 現(xiàn)各個(gè)模塊都已經(jīng)做好，我們把各個(gè)模塊的相應(yīng)文件比如 .v 或 block 文件都放在一個(gè)工程文件夾里，目的是進(jìn)行總體布局設(shè)計(jì)時(shí)可以對(duì)之前設(shè)計(jì)好的各個(gè)模塊可以直接進(jìn)行調(diào)用，否則在編譯時(shí)會(huì)出現(xiàn)所調(diào)用的模塊未被定義的錯(cuò)誤 。 用 Quartus Ⅱ繪制出系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)如 圖 6。 圖 6系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)架構(gòu)圖 5 時(shí)序仿真 在編譯未出現(xiàn)錯(cuò)誤后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行時(shí)序仿真 。 單片機(jī)通過 PWM4 模塊根據(jù)不同地址，分別寫入四個(gè)控制字 23H， 7AH,A5H 和 B8H。 仿真前波形 如 圖 7。 13 圖 7仿真前波形圖 仿真后 得到的波形如圖 8 所示 。 圖 8 仿真后波形圖 由圖可見四個(gè)輸出信號(hào)波形顯示，隨著 四個(gè)波形控制值的增大，輸出波形的脈寬逐步變小從而實(shí)現(xiàn)模塊調(diào)制的目的。 另外從圖中還可以看出輸出波形有一些毛刺信號(hào)，其實(shí)這些毛刺信號(hào)對(duì)外部設(shè)備的控制不會(huì)產(chǎn)生任何影響，這是因?yàn)槠涿}寬非常小，在通過進(jìn)入外圍設(shè)備的通道過程中會(huì)被導(dǎo)線及電路板中的分布電容吸收 14 主要參考文獻(xiàn) [1]潘明，黃繼業(yè)， 潘松 .單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù) [M].北京： 清華大學(xué)出版社 ,2020. [2]潘松 ,黃繼業(yè)，陳龍 .EDA技術(shù)與 Verilog HDL[M].北京： 清華大學(xué)出版社 ,2020. [3]夏宇聞 .Verilog數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)教程（第二版） [M].北京： 北京航空航天大學(xué)出社 2020. [4]喻蘋，郭文川單片機(jī)原理與接口技術(shù) [M].北京： 化學(xué)工業(yè)出版社， 2020. [5]朱金鈞，麻新旗 .微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù)（第二版） [M].北京： 機(jī)械工業(yè)出版社， 2020. [6]康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第五版） [M].北京： 高等教育出版社， 2020.
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