FPGA生成PWM、SPWM波原理与实现

"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。