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1、PLDCPLDFPGA应用中文核心期刊《微计算机信息》(嵌入式与SOC)2007年第23卷第7-2期文章编号:1008-0570(2007)07-2-0178-02基于CPLD的数字PWM信号发生器的设计ADesignofDigitalPWMSignalGeneratorBasedonCPLDDevices1王弘辉2傅友登3(1.上海工程技术大学;2.中国酒泉卫星发射中心;3.四川大学)滕旭东TENGXUDONGWANGHONGHUIFUYOUDENG摘要:提出一种基于CPLD(复杂可编程逻辑器件)的数字脉宽调制波形发生器的设计。文中详细介绍以计数器为中心的PWM波形产生原理
2、和设计过程,并给出数字PWM信号发生器的应用实例。测试结果表明,基于CPLD的数字脉宽调制波形具有频率稳定性好、死区时间可控,结构简单和调整灵活等特点,易于实现智能控制。关键词:逆变电源;数字脉冲宽度调制信号;CPLD;计数器中图分类号:TN787文献标识码:AAbstract:AnewdesignofdigitalPWMsignalbasedonCPLDdevicesisintroducedinthispaper.BymeansofgoodperformanceofCPLDdevices,Thedesignschemeandworkingprinciplesofdigita
3、lPWMgeneratorareanalyzedindetail.ThetestingresultsshowthatPWMsignalrealizedbyCPLDismorestableandeasilybecontrolled.Soitispossiblethatadjustingandmonitoringsystemsby技feedbacksignal.Keywords:weldinginverter,digitalPulseWideModulator,CPLD,Counter术率器件不同时导通而设置的所有大功率器件同时处于截止状态引言创的时间,如图1所示。逆变电源,在弧
4、焊机和超声波清洗设备等方面应用很广,其新技术核心就是产生PWM(脉冲宽度调制)信号,通过改变PWM信号的频率和占空比,调节和控制功率开关器件的开通以及关断时间,实现电源频率和功率输出的调节,形成逆变电源。目前,逆变电源常使用模拟/数字混合设计的专用芯片如TL494、SG3525等来产生PWM信号,这类芯片最大缺点是波形不稳定,会受到电磁场和工作环境温度的影响,漂移现象严重,而且不易用微处理器控制,动态调节频率和功率困难。考虑到CPLD图1两路对称PWM信号及死区tp(复杂可编程逻辑器件)具有高可靠性,通用性好,在线可编程等Fig.WaveformsofPWMpulseandD
5、eadtimetp特点,已有研究者开始采用CPLD来设计PWM波形发生器,然2数字PWM信号发生器的设计而这些设计过程较为复杂,调整不灵活,需要资源数较多的可编程逻辑器件,从而带来使用不便和成本较高等缺点。本文提复杂可编程芯片可以用VHDL语言(硬件电路描述语言)或出一种基于CPLD的PWM波形发生器设计原理,具备智能控者电路原理图方式进行自顶向下的设计开发,实现相应的电路制及死区调整功能,芯片资源占用少,能较好地解决设计功能功能。根据上节介绍的PWM波形产生原理,设计框图如图2所实现和开发成本的矛盾。示。图中主要由周期预置计数器、减一计数器、零值/中值检测器、死区控制器、R
6、S触发器和控制信号产生电路等部分组成,实1PWM信号产生原理现数字PWM信号的产生。采样控制理论中有一个重要结论:冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同。以该结论为理论基础,可以利用计数器和触发器设计PWM信号产生电路,使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的两路脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的规则改变计数器的数值,就可以调整脉冲的宽度,从而实现逆变电源输出功率和频率的调整。在控制大功率电路时,PWM信号发生电路产生的两路脉冲要求有一定的死区时间tp,即为了保证大功滕旭东:硕士图2数字PWM信号发生器的原理图基金项目:上海高校
7、培养优秀青年教师科研2.1PWM信号的产生专项基金资助(05XPYQ05)-178-360元/年邮局订阅号:82-946《现场总线技术应用200例》您的论文得到两院院士关注PLDCPLDFPGA应用调用16位计数器模块作为周期预置计数器和减一计数器。一个死区。随着两路触发脉冲的周期重复,于是产生两路PWM周期预置计数器先向减一计数器预置初始值N,接着减一计数波形。器在分频后的时钟信号CLK1作用下,实现二进制数N的减一运算。减一过程中,变化的计数值与N/2做中值检测,二者相等时产生高电平信号Half_F
