基于单片机和fpga的四通道pwm信号发生器接口设计(编辑修改稿)

基于单片机和fpga的四通道pwm信号发生器接口设计(编辑修改稿)内容摘要：

将采集的模拟量数据进行运 算和处理根据设计要求对输出控制进行脉宽调制 达到恒流， 恒压 ， 恒温 ，恒速的目的。 随着大规模集成电路的不断发展很多单片机都有内置 PWM 模块 ，因此单片机的 PWM 控制技术可以用内置 PWM 模块实现 ， 也可以用单片机的其它资源由软件模拟来实现 ， 还可以通过控制外置硬件电路来实现。 可编程逻辑器件 (PLD)及 EDA 技术的应用成为电子系统设计的潮流。 FPGA 是一种新兴的可编程逻辑器件 (PLD)，与其它 PLD 相比，具有更高的密度、更快的工作速度和更大的编程灵活性。 单片机以其体积小、功能齐全、价格低廉、可靠性高等方面所具有的独特优点， 长期以来被广泛的应用在各领域。 基于 FPGA 的高密度、高速度、现场可编程的能力和单片机强大的数据处理功能，制作了波形发生系统，用于产生频率为 10Hz~20kHz 的四路分别占空比 0~100%可调的 PWM 波。 现 着重介绍用 基于可编程的 FPGA和单片机实现 四通道 PWM信号发生器 及其接口的设计。 可编程逻辑器件 (PLD)及 EDA 技术的应用成为电子系统设计的潮流。 FPGA是一种新兴的可编程逻辑器件 (PLD)，与其它 PLD 相比，具有更高的密度、更快的工作速度和更大的编程灵活性。 单片机以其体积小、功能齐全、价格低廉、可靠性高 等方面所具有的独特优点，长期以来被广泛的应用在各领域。 基于FPGA 的高密度、高速度、现场可编程的能力和单片机强大的数据处理功能，制作了波形发生系统，用于产生频率为 10Hz~20kHz 的正弦波，锯齿波，三角波和四路分别占空比 0~100%可调的 PWM 波。 2 FPGA 的特点及应用 FPGA (Field Programmable Gate Array, 用户现场可编程门阵列 )是起源于 80 年代中期 , 由美国硅谷 Xilinx 公司首创的全新概念。 FPGA 能进行现场设计、现场编程、现场验证、现场修改与分析 , 从而现场实现数字系统的单片设计和应用 , 在大专院校、科研所、航空航天、数字通信、计算机应用领域展示出了广泛的应用前景。 XC 系列 FPGA 器件的内部结构特点 3 Xilinx FPGA 的结构框图如 图 1 所示。 图 1 Xilinx FPGA 的结构框图 图 2 给出了 XC3000 系列 FPGA 的内部结构图。 它主要由以下几个部分组成 : (1)可编程逻辑块 CLB。 (2)可编程输入 246。 输出模块 LOB。 (3)可编程内部连线 P I。 (4)矩阵开关。 (5)三态缓冲。 (6)上拉电阻和长线等。 I/ O 模块分布在芯片四周 , 它是内部逻辑和芯片封装脚之间的接口。 逻辑单元通过程序定义内部联接关系 , 完成用户所需的逻辑功能。 逻辑单元与逻辑单元、逻辑单元与外界的连接关系以及矩阵开关的状 态都通过程序定义。 4 图 2 XC3000 系列 FPGA 的内部结构图 可编程逻辑单元 CLB CLB 是 FPGA 的核心。 图 3 为 XC3000 系列的 CLB 结构 从图中可看出 , 它主要由 D 触发器、组合逻辑功能模块及多个多路数据选择器构成。 CLB 内部的两个 D 触发器由 CL K 端的外部时钟驱动 , 时钟可由用户编程有效极性 (上升沿、下降沿 )。 组合功能模块具有五个逻辑输入变量 , 并生成一个具有布尔功能的输出。 从图中还可以看出 : 组合逻辑功能模块的延迟相对固定 , 与所要产生的逻辑功能无关 , 它只由器件的速度等级而定。 通过单个 CLB 的信号延迟时间一般不超 过 4。 5n s 至 7n s, 而用中小规模器件来完成一个 CLB 所包含的同样的逻辑功能 , 其信号延迟时间则需要 30n s。 因此 , CLB 的延迟时间要小得多 , 从而大大提高了所设计产品的性能。 D 寄存器锁存后到达输出缓冲器的输入端。 当选为双向时 , 可以由逻辑控制三态缓冲器来定义其输入或者为输出 , 使用非常方便。 5 图 3 XC3000 系列的 CLB 结构 3 PWM 控制的特点与方法 PWM 控制的基本原理很早就已经提出 ,但是受电力电子器件发展水平的制约 ,在上世纪 80 年代以前一直未能实现 .直到进入上世纪 80 年代 ,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展 ,PWM 控制技术才真正得到应用 .随着电力电子技术 ,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法 ,如现代控制理论 ,非线性系统控制思想的应用 ,PWM 控 制技术获得了空前的发展 .到目前为止 ,已出现了多种 PW。