全数字脉宽调制器的研究与实现
摘要:本文提出了一种基于CPLD的全数字高频脉宽调制器的实现电路,并对电路的工作原理和工 作过程进行了详细的叙述,给出了实验波形和实验数据.实验结果证明了这种电路的正确性和实 用性. 关键词:同步信号 数字脉宽调制器(DPWM)
Design and Implementation of digital Pulse Width Modulator
Abstract: The paper introduces a circuit scheme of digital high frequency Pulse Width Modulator .The structure and working principle of the circuit are analyzed in detail. The simulation and experiment results show that the circuit is accurate and practical. Keywords: Synchron signal;digital Pulse Width Modulator;
1 引言
随着近几年半导体技术的迅速发展,数字控制技术已经广泛应用于电力电子,自动控制,家 电等领域,作为数字控制技术中一个重要的环节,数字脉宽调制技术也日趋成熟.目前,在这些 领域中,大部分应用的是数字脉宽调制器与处理器集为一体的专用控制芯片,像TI公司的TMS320 C24X系列芯片[1],ADI公司的ADMC系列芯片[2]等.然而在一些控制精度要求高的系统中,由于这 种芯片中的PWM数据宽度小,导致精度低,因而并不能满足系统的要求.此外,这类芯片中的PW M实际是由DSP的定时器来控制,在对定时器资源使用要求严格的系统中,这也占用了一部分重要 的资源.在这些情况下,应用片外PWM电路无疑是一种理想的选择.有的文章提出了基于计数器 比较思想的PWM实现方法[3],但是其结构比较复杂,精度低.与之相比较,本文提出的基于计数 器上下计数原理的PWM实现电路,结构简单,控制精度高,作为一个独立的功能模块,它还可以 灵活的组成多相PWM调制电路,应用于相关领域.
2 工作原理
本文提出的全数字脉宽调制电路的结构框图如图一所示.
装载 电路 上下计 数控制 电路 计数器 PWM 输出
数据 装载
数据
时钟
图一 PWM电路结构框图 从图一可以看出,基于计数器的PWM电路主要由四部分组成: 装载电路:在计数器达到终端计数值0或满值M时,载入数据Mark_value; 计数电路:从Mark_value开始向下或向上计数,当计数器达到终端计数值0或满值M后,产生 装载脉冲电平; 上下计数控制电路:当计数器载入数据或达到计数值0,M后,由装载脉冲电平控制计数器向 上或向下计数. PWM输出电路:根据计数器输出信号的变化来产生PWM输出; 工作原理: 计数器载入数据值Mark_value后,计数器开始向上计数,在此期间,PWM输出为"1";当计 数器计数到满值"M"再向上计数时,Mark_value被重新载入,计数器开始向下计数,在此期间, PWM输出为"0";当计数到终端计数值"0"再向下计数时,新的Mark_value被载入,PWM开始
了一个新的周期. 如果设数据Mark_value的更新周期为 Tsyn ,则由PWM工作原理可以得出,时钟周期 Tclk 与数据 更新周期 Tsyn 有如下关系:
Tsyn = 2 n Tclk
式中,n为Mark_value的数据宽度,计数器满值M= 2 . PWM占空比D为:
n
(1)
D = 1
Mark _ value 2n
(2)
占空比最低有效位(Least Significant Bit):
D =
3 实现电路
1 2n
(3)
在实现电路中,计数器采用Altera公司开发环境MaxplusII 10.1中的模块,因为这个计数器模块有三个信号可以很好的构建原理结构中的大部分电路.一个是 进/借位输出,当计数器计数值计满时,能够产生一个脉冲电平;第二个是上下计数输入,可以通 过改变输入高低电平来控制计数器上/下计数;还有一个是装载输入,只要输入为高电平,计数时 钟到来时,就能载入数据. 为了便于与微处理器接口,实现电路还在数据装载电路前加了一级数据锁入,由外加同步时 钟信号Syn来控制.下图就是具体的PWM实现电路图.

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