CN107769669A - 一种脉冲宽度调制信号的输出装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种脉冲宽度调制信号的输出装置及方法，涉及脉冲宽度调制技术领域。该装置包括PWM信号生成模块、信号选择模块以及多个用于输出PWM信号的管脚；其中，所述PWM信号生成模块用于生成多相PWM信号，所述PWM信号生成模块与所述信号选择模块连接；所述信号选择模块包括多个信号输出端，所述多个信号输出端与多个管脚一一对应连接；所述信号选择模块用于将所述多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过所述多个信号输出端分别分配给多个管脚，以使得所述多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。本发明无需在PCB板上用过孔等方式调整信号顺序，可以用相同的几个管脚来输出不同顺序的PWM信号。
Description
技术领域
本发明涉及脉冲宽度调制技术领域，尤其涉及一种脉冲宽度调制信号的输出装置及方法。
背景技术
当前，随着电机控制等技术的发展，电机控制芯片中的脉冲宽度调制(PulseWidth Modulation，简称PWM)信号的输出对于电机控制非常重要。一般情况下，一组PWM信号的输出通常是用不同的电机控制芯片的管脚来实现的，且每个管脚只能固定输出某一个PWM信号。这样，用于输出PWM信号的管脚确定后，这一组PWM信号的输出顺序也就固定不变了。
例如，以用于控制电机(Motor)的6相PWM信号输出为例进行说明。在电机控制系统中，一般应用微控制单元(Micro Controller Unit，简称MCU)和IPM(智能电源模块，Intelligent Power Module)的组合，其构成如图1所示。整个电机控制系统中包括电机控制芯片11(相当于上述的MCU)、IPM模块12、被控电机13。在IPM模块12中设置有门驱动器121、其他保护电路122以及六个开关器件123(例如图1中的U+、U-、V+、V-、W+、W-)。电机控制芯片11输出的PWM控制信号通过门驱动器与六个开关器件123连接，以控制各开关器件123的导通和截止，进而实现被控电机13的启动、加速、减速、停止等控制。其中，6相PWM信号分别对应上述六个开关器件123，电机控制芯片的6相PWM输出信号的管脚与IPM模块12的芯片的输入管脚需要一对一相连接。在当前对电机控制芯片和IPM模块的应用中，电机控制芯片与IPM模块间的走线一般要求尽可能短，并减少过孔跳线，因为开关器件是高频开关，可能会有耦合、串扰，造成IPM模块中的器件工作不稳定或不可靠，会对整个电机系统造成损害。因此要求电机控制芯片的多相PWM信号输出的顺序与IPM管脚的信号输入顺序要保持一致。当电机控制芯片的管脚输出的多相PWM信号的顺序与IPM管脚的信号输入顺序不一致时，就需要在系统的PCB板上用过孔等方式调整信号顺序以便与其IPM管脚的信号输入的顺序相匹配，这样就不能满足较短配线的需求，可能带来噪声等影响，导致整个系统运行不稳定。
发明内容
本发明的实施例提供一种脉冲宽度调制信号的输出装置及方法，以解决当电机控制芯片的管脚输出的多相PWM信号的顺序与IPM管脚的信号输入顺序不一致时，需要在系统的PCB板上用过孔等方式调整信号顺序，造成的难以满足较短配线的需求，且给整个系统带来噪声，导致整个系统运行不稳定的问题。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种脉冲宽度调制信号的输出装置，包括PWM信号生成模块、信号选择模块以及多个用于输出PWM信号的管脚；其中，所述PWM信号生成模块用于生成多相PWM信号，所述PWM信号生成模块与所述信号选择模块连接；所述信号选择模块包括多个信号输出端，所述多个信号输出端与多个管脚一一对应连接；所述信号选择模块用于将所述多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过所述多个信号输出端分别分配给多个管脚，以使得所述多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。
具体的，所述信号选择模块包括寄存器或存储器、对应于各管脚的多个多路选择器；所述寄存器或存储器与各多路选择器连接；每个多路选择器均包括多个选择器输入端，每个选择器输入端对应于多路选择器中的一个标识位，且位于相同多路选择器的各选择器输入端对应的标识位不同；在各多路选择器中，对应于同一标识位的各选择器输入端分别加载各PWM信号中的一个PWM信号，且对应于同一标识位的各选择器输入端所加载的PWM信号均不相同；
所述寄存器或存储器用于向各多路选择器发送标识位信号；
所述多路选择器用于根据所述标识位信号选择对应的标识位，并输出所选择的标识位对应的PWM信号。
一种脉冲宽度调制信号的输出方法，应用于上述的脉冲宽度调制信号的输出装置，所述方法包括：
PWM信号生成模块生成多相PWM信号，并将所述多相PWM信号传输到信号选择模块；
信号选择模块将所述多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过多个信号输出端分别分配给多个管脚，以使得所述多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。
具体的，所述分配策略包括预先设置的多个触发信号和各触发信号对应的PWM信号输出顺序。
此外，所述信号选择模块将所述多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过多个信号输出端分别分配给多个管脚，包括：
所述信号选择模块接收一触发信号，并判断所述触发信号对应的PWM信号输出顺序；
所述信号选择模块根据所述PWM信号输出顺序，从所述多相PWM信号中为各信号输出端选取PWM信号。
具体的，所述信号选择模块包括寄存器或存储器、对应于各管脚的多个多路选择器；所述寄存器或存储器与各多路选择器连接；每个多路选择器均包括多个选择器输入端，每个选择器输入端对应于多路选择器中的一个标识位，且位于相同多路选择器的各选择器输入端对应的标识位不同；在各多路选择器中，对应于同一标识位的各选择器输入端分别加载各PWM信号中的一个PWM信号，且对应于同一标识位的各选择器输入端所加载的PWM信号均不相同；
所述触发信号包括标识位信号；
所述信号选择模块接收一触发信号，并判断所述触发信号对应的PWM信号输出顺序，包括：
各多路选择器接收所述寄存器或存储器发送的标识位信号；
各多路选择器根据所述标识位信号选择对应的标识位，并输出所选择的标识位对应的PWM信号。
本发明实施例提供的一种脉冲宽度调制信号的输出装置及方法，信号选择模块能够将多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过多个信号输出端分别分配给多个管脚，以使得所述多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。从而该脉冲宽度调制信号的输出装置能够实现PWM信号的输出顺序的调整，可以以仅有的几个管脚来输出多种顺序的PWM信号，可以解决当电机控制芯片的管脚输出的多相PWM信号的顺序与IPM管脚的信号输入顺序不一致时，需要在系统的PCB板上用过孔等方式调整信号顺序，造成的难以满足较短配线的需求，且给整个系统带来噪声，导致整个系统运行不稳定的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中的PWM信号输出示例图；
图2为本发明实施例提供的一种脉冲宽度调制信号的输出装置的结构示意图一；
图3为本发明实施例提供的一种脉冲宽度调制信号的输出装置的结构示意图二；
图4为本发明实施例提供的一种脉冲宽度调制信号的输出方法的流程图一；
图5为本发明实施例提供的一种脉冲宽度调制信号的输出方法的流程图二。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在实现本发明的过程中，发明人还发现了现有技术中的一些电机控制芯片中，可以采用12个管脚、两组6相PWM输出信号，实现了两种顺序。无论IPM选型的顺序如何，都可以与电机控制芯片输出的某一组6相PWM信号相对应。然而，通常在电机控制芯片中具备两组6相PWM输出信号的目的，是用同一个电机控制芯片对两个电机进行控制。此类电机控制芯片通常管脚数较多，价格昂贵，不适用于管脚数少的电机控制芯片。并且，当只使用其中一组输出会造成成本浪费，不利于小微控制系统。如果同时使用两组输出，虽然对应两种顺序，然而其顺序的种类依然较少，仍旧限制了IPM选型或需要PCB进行信号的顺序调整。
为了解决现有技术所存在的问题，如图2所示，本发明实施例提供一种脉冲宽度调制信号的输出装置20，该脉冲宽度调制信号的输出装置20可以设置于电机控制芯片内，或者为电机控制芯片自身。值得说明的是，该电机控制芯片可以为微控制单元(MicroController Unit，简称MCU)芯片，或者系统级芯片(System on Chip，简称SOC)，或者现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)芯片等。该脉冲宽度调制信号的输出装置20包括PWM信号生成模块21、信号选择模块22以及多个用于输出PWM信号的管脚23；其中，所述PWM信号生成模块21用于生成多相PWM信号，所述PWM信号生成模块21与所述信号选择模块22连接；所述信号选择模块22包括多个信号输出端，所述多个信号输出端与多个管脚23一一对应连接；所述信号选择模块22用于将所述多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过所述多个信号输出端分别分配给多个管脚23，以使得所述多个管脚23分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。
具体的，如图3所示，该信号选择模块22可以包括寄存器或存储器221、对应于各管脚23的多个多路选择器222；所述寄存器或存储器221与各多路选择器222连接；每个多路选择器222均包括多个选择器输入端2221，每个选择器输入端2221对应于多路选择器222中的一个标识位，且位于相同多路选择器222的各选择器输入端2221对应的标识位不同；在各多路选择器222中，对应于同一标识位的各选择器输入端2221分别加载各PWM信号中的一个PWM信号，且对应于同一标识位的各选择器输入端2221所加载的PWM信号均不相同。
所述寄存器或存储器221用于向各多路选择器222发送标识位信号。
所述多路选择器222用于根据所述标识位信号选择对应的标识位，并输出所选择的标识位对应的PWM信号。
本发明实施例提供的一种脉冲宽度调制信号的输出装置，其中的信号选择模块能够将多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过多个信号输出端分别分配给多个管脚，以使得所述多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。从而该脉冲宽度调制信号的输出装置能够实现PWM信号的输出顺序的调整，可以以仅有的几个管脚来输出多种顺序的PWM信号，可以解决当电机控制芯片的管脚输出的多相PWM信号的顺序与IPM管脚的信号输入顺序不一致时，需要在系统的PCB板上用过孔等方式调整信号顺序，造成的难以满足较短配线的需求，且给整个系统带来噪声，导致整个系统运行不稳定的问题。
对应于上述图2和图3所述的装置，如图4所示，本发明实施例提供一种脉冲宽度调制信号的输出方法，应用于上述的脉冲宽度调制信号的输出装置，该方法包括：
步骤301、PWM信号生成模块生成多相PWM信号，并将所述多相PWM信号传输到信号选择模块。
步骤302、信号选择模块将所述多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过多个信号输出端分别分配给多个管脚，以使得所述多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。
此处的分配策略可以包括预先设置的多个触发信号和各触发信号对应的PWM信号输出顺序。
例如，该分配策略可以如下表1所示的，其中各触发信号可以分别对应表1中的用户设置1、用户设置2、用户设置3、用户设置4等；各PWM信号输出顺序则由各个PWM信号组成。此处仅以6个管脚为例，此处不对管脚的数量进行限定。
表1：
本发明实施例提供的一种脉冲宽度调制信号的输出方法，其中的信号选择模块能够将多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过多个信号输出端分别分配给多个管脚，以使得所述多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。从而该脉冲宽度调制信号的输出装置能够实现PWM信号的输出顺序的调整，可以以仅有的几个管脚来输出多种顺序的PWM信号，可以解决当电机控制芯片的管脚输出的多相PWM信号的顺序与IPM管脚的信号输入顺序不一致时，需要在系统的PCB板上用过孔等方式调整信号顺序，造成的难以满足较短配线的需求，且给整个系统带来噪声，导致整个系统运行不稳定的问题。
为了使本领域的技术人员更好地了解本发明，下面列举一个更为详细的实施例，值得说明的是，上述信号选择模块，如图3所示包括寄存器或存储器、对应于各管脚的多个多路选择器；所述寄存器或存储器与各多路选择器连接；每个多路选择器均包括多个选择器输入端，每个选择器输入端对应于多路选择器中的一个标识位，且位于相同多路选择器的各选择器输入端对应的标识位不同；在各多路选择器中，对应于同一标识位的各选择器输入端分别加载各PWM信号中的一个PWM信号，且对应于同一标识位的各选择器输入端所加载的PWM信号均不相同。
如图5所示，本发明实施例提供的一种脉冲宽度调制信号的输出方法，包括：
步骤401、PWM信号生成模块生成多相PWM信号，并将多相PWM信号传输到信号选择模块。
步骤402、各多路选择器接收寄存器或存储器发送的标识位信号。
步骤403、各多路选择器根据标识位信号选择对应的标识位，并输出所选择的标识位对应的PWM信号。
步骤404、信号选择模块根据PWM信号输出顺序，从多相PWM信号中为各信号输出端选取PWM信号，以使得多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。
这样，不同的寄存器或存储器发送的标识位信号即可对应不同顺序的PWM信号(该不同顺序的PWM信号可以有用户预先设置)，如下表2所示：
表2：
例如标识位信号为0、1、2、3。当寄存器或存储器的值为1时，多路选择器的选择器输入端1的PWM信号被选通输出，电机控制芯片的管脚1～6就能实现前述表格的用户设置2的输出顺序。
此处，值得说明的是，本发明实施例中的信号选择模块的配置方式可以如下所述：
例如可以利用硬件描述语言(Verilog HDL)进行如下行为级描述：
①首先定义一个用户可以设置的寄存器PIN_SEL，通过改变其值来选择不同的用户设置功能1～4：
其代码可以如下：
②然后对要输出到管脚的信号进行定义，并在不同用户设置功能时输出不同顺序的PWM信号：(PWM信号定义为PWM_Ux、PWM_Vx、PWM_Wx，x代表P或M，P即+，M即-)：
其代码可以如下：
此外，其代码还可以如下：
input PWM_UP,PWM_UM,PWM_VP,PWM_VM,PWM_WP,PWM_WM；
wire[5:0]PIN；//define the output signals with different sequence
assign PIN[0]＝PIN_SEL[1]？PWM_UM:PWM_UP；
assign PIN[1]＝PIN_SEL[1]？(PIN_SEL[0]？PWM_VM:PWM_UP):(PIN_SEL[0]？PWM_VP:PWM_UM)；
assign PIN[2]＝PIN_SEL[1]？(PIN_SEL[0]？PWM_WM:PWM_VM):(PIN_SEL[0]？PWM_WP:PWM_VP)；
assign PIN[3]＝PIN_SEL[1]？(PIN_SEL[0]？PWM_UP:PWM_VP):(PIN_SEL[0]？PWM_UM:PWM_VM)；
assign PIN[4]＝PIN_SEL[1]？(PIN_SEL[0]？PWM_VP:PWM_WM):(PIN_SEL[0]？PWM_VM:PWM_WP)；
assign PIN[5]＝PIN_SEL[1]？PWM_WP:PWM_WM；
需要说明的是，硬件描述语言的代码写法多种多样，而且上述硬件描述语言的代码在经过综合后，随着制程、工艺库等的不同会生成多种不同形式的逻辑电路。在电机控制芯片内部，无论是以何种逻辑电路形式来实现对PWM信号的输出顺序进行调整，甚至在芯片内搭载两套PWM信号生成模块并仅在端子输出时进行选择(当然，此种方法会导致芯片面积增大、成本增加)，都能够实现本专利所描述的结果，在此不必赘述。本发明技术的重点在于，电机控制芯片可以用同几个管脚就实现两种或多种顺序的PWM信号输出。
本发明实施例提供的一种脉冲宽度调制信号的输出方法，信号选择模块能够将多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过多个信号输出端分别分配给多个管脚，以使得所述多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。从而该脉冲宽度调制信号的输出装置能够实现PWM信号的输出顺序的调整，可以以仅有的几个管脚来输出多种顺序的PWM信号，可以解决当电机控制芯片的管脚输出的多相PWM信号的顺序与IPM管脚的信号输入顺序不一致时，需要在系统的PCB板上用过孔等方式调整信号顺序，造成的难以满足较短配线的需求，且给整个系统带来噪声，导致整个系统运行不稳定的问题。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
本发明中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种脉冲宽度调制信号的输出装置，其特征在于，包括PWM信号生成模块、信号选择模块以及多个用于输出PWM信号的管脚；其中，所述PWM信号生成模块用于生成多相PWM信号，所述PWM信号生成模块与所述信号选择模块连接；所述信号选择模块包括多个信号输出端，所述多个信号输出端与多个管脚一一对应连接；所述信号选择模块用于将所述多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过所述多个信号输出端分别分配给多个管脚，以使得所述多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。
2.根据权利要求1所述的脉冲宽度调制信号的输出装置，其特征在于，所述信号选择模块包括寄存器或存储器、对应于各管脚的多个多路选择器；所述寄存器或存储器与各多路选择器连接；每个多路选择器均包括多个选择器输入端，每个选择器输入端对应于多路选择器中的一个标识位，且位于相同多路选择器的各选择器输入端对应的标识位不同；在各多路选择器中，对应于同一标识位的各选择器输入端分别加载各PWM信号中的一个PWM信号，且对应于同一标识位的各选择器输入端所加载的PWM信号均不相同；
所述寄存器或存储器用于向各多路选择器发送标识位信号；
所述多路选择器用于根据所述标识位信号选择对应的标识位，并输出所选择的标识位对应的PWM信号。
3.一种脉冲宽度调制信号的输出方法，其特征在于，应用于权利要求1或2所述的脉冲宽度调制信号的输出装置，所述方法包括：
PWM信号生成模块生成多相PWM信号，并将所述多相PWM信号传输到信号选择模块；
信号选择模块将所述多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过多个信号输出端分别分配给多个管脚，以使得所述多个管脚分别输出各PWM信号，形成多种顺序的PWM信号。
4.根据权利要求3所述的脉冲宽度调制信号的输出方法，其特征在于，所述分配策略包括预先设置的多个触发信号和各触发信号对应的PWM信号输出顺序。
5.根据权利要求4所述的脉冲宽度调制信号的输出方法，其特征在于，所述信号选择模块将所述多相PWM信号根据预先设置的分配策略，通过多个信号输出端分别分配给多个管脚，包括：
所述信号选择模块接收一触发信号，并判断所述触发信号对应的PWM信号输出顺序；
所述信号选择模块根据所述PWM信号输出顺序，从所述多相PWM信号中为各信号输出端选取PWM信号。
6.根据权利要求5所述的脉冲宽度调制信号的输出方法，其特征在于，所述信号选择模块包括寄存器或存储器、对应于各管脚的多个多路选择器；所述寄存器或存储器与各多路选择器连接；每个多路选择器均包括多个选择器输入端，每个选择器输入端对应于多路选择器中的一个标识位，且位于相同多路选择器的各选择器输入端对应的标识位不同；在各多路选择器中，对应于同一标识位的各选择器输入端分别加载各PWM信号中的一个PWM信号，且对应于同一标识位的各选择器输入端所加载的PWM信号均不相同；
所述触发信号包括标识位信号；
所述信号选择模块接收一触发信号，并判断所述触发信号对应的PWM信号输出顺序，包括：
各多路选择器接收所述寄存器或存储器发送的标识位信号；
各多路选择器根据所述标识位信号选择对应的标识位，并输出所选择的标识位对应的PWM信号。
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