CN102427349A - 采用fpga的pwm脉宽调制电路 - Google Patents
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Abstract
采用FPGA的PWM脉宽调制电路，属于信号调制技术领域，其特征在于含有：采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元、RC滤波器单元、电压比较器单元。采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元产生的PWM三角载波与RC滤波器单元输入端相连，经过RC滤波器单元后与电压比较器单元的反相输入端相连，电压比较器通过比较RC滤波器单元输出结果和外部参考电压值，输出脉宽根据外部参考电压值调制的PWM波。本发明提出的采用FPGA、RC滤波电路以及电压比较器实现新型PWM脉宽调制电路的方法，具有灵活度更高、实时调节性能更好、抗温度变化能力更强的优点，不需要使用传统的PWM专用电路。
Description
技术领域
本发明属于信号调制技术领域。
背景技术
在电机伺服控制技术领域，需要根据输入的参考电压值实时调制输出PWM波的占空比。而目前产生PWM调制信号通常采用3G3524专用电路。这种专用电路主要是由矩形波发生电路、积分电路和电压比较器构成的模拟电路实现的，对于温度变化较为敏感。现在FPGA在各个领域都得到了广泛的应用，如果采用由FPGA及相关电路实现的新型PWM脉宽调制电路，则可以省去使用专用电路、增强元器件使用的灵活性并且有利于电路的集成化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种采用FPGA的PWM脉宽调制电路，从而实现PWM占空比根据输入参考电压值的实时调制。
本发明的特征在于含有：采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元、RC滤波器单元、电压比较器单元，采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元的输出与RC滤波器单元相连，RC滤波器的输出与电压比较器单元的反相输入端相连，其中：
采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元，设有：输出端；所述输出端包括一个PWM三角载波输出端；所述一个PWM三角载波输出端和后续的RC滤波器单元PWM三角载波输入端相连；采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元的功能为：按位输出事先计算好的长度为每个三角波周期大于700位的0、1序列，产生PWM三角载波的计算方式如下：采用自然采样法进行计算，这里的输出的PWM三角载波0、1序列相当于三角基波，将每一个周期的三角基波与若干个周期更小的三角载波进行调制，具体调制的方式为：将每一个周期的三角基波分为0、1序列位数个时间段，在每个时间段起始点分别计算三角基波和三角载波的值，当三角基波的值大于三角载波时，采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元输出的序列值为1，反之输出序列值为0(本专利提供的PWM三角载波0、1参考1000位序列见附表1)；
RC滤波器单元，设有：输入端和输出端；所述输入端包括一个PWM三角载波输入端；所述PWM三角载波输入端和采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元PWM三角载波输出端相连；所述输出端包括一个三角载波输出端；所述三角载波输出端和后续的电压比较器单元电压比较器反相输入端相连；其中，RC滤波器的截止频率约为RC滤波器生成的三角载波固定频率的三到五倍；
电压比较器单元，设有：输入端和输出端；所述输入端包括一个三角载波输入端和一个参考电压输入端；所述三角载波输入端和RC滤波器单元三角载波输出端相连；所述参考电压输入端与外部电路输入的参考电压相连；所述输出端包括一个占空比经过调制后的PWM波输出端；所述占空比经过调制后的PWM波输出端和相关外部电路相连；
所述采用FPGA的PWM脉宽调制电路的各组成部分分别按以下步骤进行工作：
首先，采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元按位输出事先计算好的0、1序列，这个输出的序列即为PWM三角载波，然后采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元中输出的PWM三角载波经过RC滤波器滤波后，即可生成频率固定的三角载波，RC滤波器单元中输出的频率固定的三角载波、外部电路输入的实时变化的参考电压在经过电压比较器比较后即可输出根据输入的参考电压值实时调制占空比的PWM波。
本发明实施例的有益效果在于，采用由FPGA、RC滤波电路以及电压比较器实现的新型PWM脉宽调制电路，灵活度更高、实时调节性能更好、抗温度变化能力更强，不需要使用传统的PWM专用电路。
附图说明
图1是采用FPGA的PWM脉宽调制电路总框图。
具体实施方式
下面采用附图和实施例对本发明做进一步说明，此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。表1是本专利提供的PWM三角载波0、1参考序列表。
采用FPGA的PWM脉宽调制电路见附图1，包括：采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发 生单元、RC滤波器单元、电压比较器单元，采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元的输出与RC滤波器单元相连，RC滤波器的输出与电压比较器单元的输入端相连，其中：
采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元，设有：输出端；所述输出端包括一个PWM三角载波输出端；所述一个PWM三角载波输出端和后续的RC滤波器单元PWM三角载波输入端相连；采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元的功能为：按位输出事先计算好的长度为每个三角波周期1000位的0、1序列，0、1序列的输出频率为50MHz，这个输出的序列即为PWM三角载波。0、1序列的长度位数、后续的RC滤波器生成的50kHz的三角载波固定频率，两者的乘积即为0、1序列的输出频率。0、1序列的输出频率不能超过FPGA的最高输出频率400MHz。产生PWM三角载波的计算方式如下：采用自然采样法进行计算。这里的输出的PWM三角载波0、1序列相当于三角基波。将每一个周期的三角基波与若干个周期更小的三角载波进行调制(载波的数量与基波之比即为载波比，在本专利中取载波比为10)。具体调制的方式为：将每一个周期的三角基波分为1000个时间段，在每个时间段起始点分别计算三角基波和三角载波的值，当三角基波的值大于三角载波时，采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元输出的序列值为1，反之输出序列值为0(本专利提供的PWM三角载波0、1参考1000位序列见附表1)；
RC滤波器单元，设有：输入端和输出端；所述输入端包括一个PWM三角载波输入端；所述PWM三角载波输入端和采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元PWM三角载波输出端相连；所述输出端包括一个三角载波输出端；所述三角载波输出端和后续的电压比较器单元电压比较器反相输入端相连；其中，RC滤波器的时间常数为1.32；
电压比较器单元，设有：输入端和输出端；所述输入端包括一个三角载波输入端和一个参考电压输入端；所述三角载波输入端和RC滤波器单元三角载波输出端相连；所述参考电压输入端与外部电路输入的参考电压相连；所述输出端包括一个占空比经过调制后的PWM波输出端；所述占空比经过调制后的PWM波输出端和相关外部电路相连。
所述采用FPGA的PWM脉宽调制电路的各组成部分分别按以下步骤进行工作：
a.首先，采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元按位输出事先计算好的0、1序列，这个输出的序列即为PWM三角载波。
b.采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元中输出的PWM三角载波经过RC滤波器滤波后，即可生成频率固定的50kHz的三角载波。
c.RC滤波器单元中输出的频率固定的三角载波、外部电路输入的实时变化的参考电压在经过电压比较器比较后即可输出根据输入的参考电压值实时调制占空比的PWM波。
本实施例三角波产生及逻辑控制单元中的FPGA芯片选用Altera公司的Altera CycloneIII EP3C25Q240芯片；
电压比较器U1选用TI公司的低功耗型比较器lm339；
电阻R1和电容C3选取满足 
的值即可(使用公式 
进行计算。因为本实施例中经过RC滤波器后生成的载波频率为50kHz，所以应取f为略大于两倍载波频率(即2*50k＝100kHz，120k略大于100k)的值。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
表1
Claims (1)
1.采用FPGA的PWM脉宽调制电路，其特征在于含有：采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元、RC滤波器单元、电压比较器单元，采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元的输出与RC滤波器单元相连，RC滤波器的输出与电压比较器单元的反相输入端相连，其中：
采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元，设有：输出端；所述输出端包括一个PWM三角载波输出端；所述一个PWM三角载波输出端和后续的RC滤波器单元PWM三角载波输入端相连；采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元的功能为：按位输出事先计算好的长度为每个三角波周期大于700位的0、1序列，产生PWM三角载波的计算方式如下：采用自然采样法进行计算，这里的输出的PWM三角载波0、1序列相当于三角基波，将每一个周期的三角基波与若干个周期更小的三角载波进行调制，具体调制的方式为：将每一个周期的三角基波分为0、1序列位数个时间段，在每个时间段起始点分别计算三角基波和三角载波的值，当三角基波的值大于三角载波时，采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元输出的序列值为1，反之输出序列值为0(本专利提供的PWM三角载波0、1参考1000位序列见附表1)；
RC滤波器单元，设有：输入端和输出端；所述输入端包括一个PWM三角载波输入端；所述PWM三角载波输入端和采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元PWM三角载波输出端相连；所述输出端包括一个三角载波输出端；所述三角载波输出端和后续的电压比较器单元电压比较器反相输入端相连；其中，RC滤波器的截止频率约为RC滤波器生成的三角载波固定频率的三到五倍；
电压比较器单元，设有：输入端和输出端；所述输入端包括一个三角载波输入端和一个参考电压输入端；所述三角载波输入端和RC滤波器单元三角载波输出端相连；所述参考电压输入端与外部电路输入的参考电压相连；所述输出端包括一个占空比经过调制后的PWM波输出端；所述占空比经过调制后的PWM波输出端和相关外部电路相连；
所述采用FPGA的PWM脉宽调制电路的各组成部分分别按以下步骤进行工作：
首先，采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元按位输出事先计算好的0、1序列，这个输出的序列即为PWM三角载波，然后采用FPGA芯片实现的PWM数字序列发生单元中输出的PWM三角载波经过RC滤波器滤波后，即可生成频率固定的三角载波，RC滤波器单元中输出的频率固定的三角载波、外部电路输入的实时变化的参考电压在经过电压比较器比较后即可输出根据输入的参考电压值实时调制占空比的PWM波。
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