"本讲义主要讲解如何使用FPGA生成PWM和SPWM波形,以C程序生成MIF文件为例,介绍了程序生成法。"
在 FPGA 设计中,程序生成法是一种灵活的方法,用于创建定制的数据序列,例如用于生成 PWM 和 SPWM 波形。在给出的例子中,提供了一个 C 程序,它使用数学函数生成正弦波的数据值,这些数据值随后被转换为 PWM 波形所需的比例。通过运行这个 C 程序并使用 romgen 工具,可以生成 MIF (Memory Initialization File) 文件,这是一个标准格式,用于存储 FPGA 内部查找表的数据。
PWM,即脉冲宽度调制,是一种广泛应用的信号调制技术。它通过改变矩形脉冲的宽度来表示模拟信号的幅度,常用于电机控制、电源转换等领域。PWM 波形的占空比(高电平时间与总周期的比例)与要表示的模拟信号值成正比。在一个简单的 PWM 调制系统中,比较器会将输入信号与一个固定频率的锯齿波进行比较,根据比较结果输出占空比变化的脉冲序列。
FPGA 在 PWM 控制电路中的应用解决了传统电路设计的一些问题,如设计复杂、体积大、抗干扰能力差和设计周期长等。FPGA 具有可编程逻辑单元和丰富的 I/O 引脚,能够方便地实现 PWM 控制电路的模块化和集成化,提高系统性能和可靠性,并且可以根据需要快速调整设计。
单路 PWM 发生器的基本结构包括 CPU、FPGA 内部寄存器和定时控制。CPU 计算 PWM 参数,如频率、初始相位和占空比,然后将这些信息写入 FPGA 的寄存器。通过外部启动信号,CPU 可以控制 PWM 输出的启停。时钟信号,通常是高速的时钟脉冲,用于确定 PWM 波的周期。
对于多路 PWM 输出的需求,可以通过扩展 FPGA 的 I/O 接口来实现。这意味着可以在同一 FPGA 设计中生成多个具有独立参数的 PWM 波形,这对于超声、电机控制等需要多通道同步或异步 PWM 波形的系统尤其有用。
FPGA 的灵活性和可配置性使其成为生成 PWM 和 SPWM 波形的理想平台。通过编写 C 程序生成 MIF 文件,可以便捷地实现 PWM 波形的定制,并通过 FPGA 实现硬件级别的高速生成,从而满足各种实际应用的需求。