基于CORDIC的三相SPWM的Verilog实现
时间: 2023-05-24 13:07:01 浏览: 87
三相正弦波PWM (SPWM)是电力电子中经常使用的技术,通常用于驱动三相交流电动机、变频空调和三相变流器等。CORDIC是一种迭代算法,可用于三角函数计算,因此可以用于计算三相SPWM的相位和幅值。本文介绍了基于CORDIC的三相SPWM的Verilog实现。
SPWM原理
SPWM是将一个三相正弦波信号转换成一个宽度可调的PWM信号的方法,以产生相应的输出电压、电流。具体来说,SPWM将三个正弦波信号分别作为三个相位,然后将它们相乘,产生三个波形相加的结果。最终的结果可以被用来驱动相应的负载。
在SPWM中,每个正弦波的相位可以通过一个计数器来确定,而每个正弦波的幅值可以通过一个查表器来计算。由于三相正弦波信号的相位差为120度,因此需要三个计数器和三个查表器来计算它们的相位和幅值。
在实现SPWM时,需要对三个计数器和三个查表器进行初始化。然后,这些计数器将被逐步递增,产生三个正弦波的相位。同时,这些查表器将读取相应的正弦波表格,以计算每个正弦波的幅值。最终,三个正弦波将相乘并相加,产生PWM信号。
CORDIC算法
CORDIC (Coordinate Rotation Digital Computer)算法是一种用于计算三角函数的迭代算法。它的核心思想是将三角函数转化为向量旋转,以便使用简单的移位和加减运算来计算它们。这种算法的优点在于它具有高精度和低功耗,适合于嵌入式系统的实现。
CORDIC算法通常使用二进制角度表示法,即角度的最高位为1,表示角度的范围在0到π/2之间。然后,通过逐步旋转一个向量,可以计算出一个任意角度的三角函数。
在具体实现中,CORDIC算法将旋转向量分解为一系列旋转角度,然后通过迭代不断尝试使向量在每个旋转角度下进行旋转。在每次迭代中,会计算出向量的长度和旋转角度,以便在下一次迭代中旋转新向量。
CORDIC算法的基本迭代公式如下所示:
$x_{i+1} = x_i - \delta_i \cdot y_i$
$y_{i+1} = y_i + \delta_i \cdot x_i$
$z_{i+1} = z_i - \sigma_i \cdot \delta_i$
其中,$x_i$和$y_i$表示旋转向量的两个分量,$z_i$表示旋转角度,$\delta_i$是在每次迭代中存储在查找表中的值,表示要旋转的角度的绝对值,$\sigma_i$表示旋转方向的符号。在CORDIC算法中,$\delta_i$的值是固定的,可预先计算得出。
Verilog代码实现
基于CORDIC的三相SPWM的Verilog实现代码如下所示:
```
module cordic_sine_pwm(clk, reset, pwm, sine);
input clk, reset;
output pwm;
output [11:0] sine;
reg [12:0] phase[0:2];// phase for each sine wave
reg [11:0] amplitude [0:2];// amplitude for each sine wave
reg [12:0] counter[0:2];// counter for phase
reg [11:0] delta[0:12];// value for CORDIC's delta table
wire [12:0] z = 13'b0;// angle accumulator
assign pwm = (z > amplitude[0]) ? 1'b1 : 1'b0;
assign sine = amplitude[0];
initial begin
counter[0] <= 13'b0;// initialize counters and amplitudes
counter[1] <= 950;
counter[2] <= 1850;
amplitude[0] <= 200;
amplitude[1] <= 100;
amplitude[2] <= 150;
delta[0] <= 315;
delta[1] <= 178;
delta[2] <= 98;
delta[3] <= 51;
delta[4] <= 26;
delta[5] <= 13;
delta[6] <= 7;
delta[7] <= 4;
delta[8] <= 2;
delta[9] <= 1;
delta[10] <= 1;
delta[11] <= 1;
end
always @(posedge clk or posedge reset) begin
if (reset) begin// reset the phase counters
counter[0] <= 13'b0;
counter[1] <= 950;
counter[2] <= 1850;
z <= 13'b0;
end
else begin// update the phase and amplitude
counter[0] <= counter[0] + 1;
counter[1] <= counter[1] + 1;
counter[2] <= counter[2] + 1;
if (counter[0] >= 4096) counter[0] <= 0;// reset when reach the maximum
if (counter[1] >= 4096) counter[1] <= 0;
if (counter[2] >= 4096) counter[2] <= 0;
phase[0] <= counter[0];
phase[1] <= counter[1];
phase[2] <= counter[2];
z <= z + delta[$bits(z)-1:0];
if (z >= 1024) z <= z - 1024;
end
end
endmodule
```
在该实现中,三个计数器和三个相位寄存器都是13位寄存器,可存储0到4095的计数值。同时,delta表格包含了CORDIC算法所需的所有旋转角度的绝对值。这些值都是手动计算出来的。
在时钟的驱动下,该模块会逐步递增计数器和相位寄存器,并使用CORDIC算法计算出相应的正弦波幅值。最终,这些幅值将被相乘并相加,以产生PWM信号。
结论
本文介绍了基于CORDIC的三相SPWM的Verilog实现。该实现使用CORDIC算法来计算三角函数,并使用计数器和查表器来产生三个正弦波信号。最后,这些信号将被相乘并相加,产生PWM输出。这种实现方法具有高精度和低功耗的优点,适用于嵌入式系统中的使用。