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基于单片机和FPGA的四通道PWM信号发生器接口设计 基于单片机和FPGA的四通道PWM信号发生器接口设计

格式:word 上传:2022-06-25 15:00:36

《基于单片机和FPGA的四通道PWM信号发生器接口设计》修改意见稿

1、“.....由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在个载波周期即采样周期内的位置是对称的,这种方法称为对称规则采样当三角波既在其顶点又在底点时刻对正弦波进行采样时,由阶梯波与三角波的交点所确定的脉宽,在个载波周期此时为采样周期的两倍内的位置般并不对称,这种方法称为非对称规则采样规则采样法是对自然采样法的改进,其主要优点就是是计算简单,便于在线实时运算,其中非对称规则采样法因阶数多而更接近正弦其缺点是直流电压利用率较低,线性控制范围较小。总体设计方案由于是个高度集成化且易于实现模块化的器件,故本课题采用模块化的设计方法,参照单片机对功能扩展的思路,将总体设计分成七个模块,其中四个模块是相同的,各模块能实现特定的功能。总体的设计如图所示。图总体设计图现分别介绍说明各个模块的功能与作用。模块模块是信号发生模块......”

2、“.....这两个信号通过个数字比较器进行比较,然后输出个与宽度相同占空比的的方波信号。所以是输出方波信号占空比的控制字,而进入的锯齿波信号的频率等于方波频率。用语言进行编程设计的模块的源程序如下然后将其打包成模块如下模块的功能是通过单片机像四个模块分别输入信号的脉宽控制数据。本模块采用输入原理图的方法进行设计。其原理图如图所示。图模块原理图然后将其打包成模块如下模块锁相环模块输出的信号有输出,为单片机提供工作时针信号时,是计数器的时钟信号,决定信号的频率。由于Ⅱ自身有锁相环模块只需设置相应的参数直接调用系统的即可。设置好的模块如下所示模块模块是个位计数器,也可直接在系统里直接调用即可。设置好参数的模块如下所示完全系统模块现各个模块都已经做好,我们把各个模块的相应文件比如或文件都放在个工程文件夹里,目的是进行总体布局设计时可以对之前设计好的各个模块可以直接进行调用......”

3、“.....用Ⅱ绘制出系统的总体设计架构如图。图系统的总体设计架构图时序仿真在编译未出现后对系统进行时序仿真。单片机通过模块根据不同地址,分别写入四个控制字和。仿真前波形如图。图仿真前波形图仿真后得到的波形如图所示。图仿真后波形图由图可见四个输出信号波形显示,随着四个波形控制值的增大,输出波形的脉宽逐步变小从而实现模块调制的目的。另外从图中还可以看出输出波形有些毛刺信号,其实这些毛刺信号对外部设备的控制不会产生任何影响,这是因为其脉宽非常小,在通过进入外围设备的通道过程中会被导线及电路板中的分布电容吸收主要参考文献潘明,黄继业,潘松单片机原理与应用技术北京清华大学出版社,潘松,黄继业,陈龙技术与北京清华大学出版社,夏宇闻数字系统设计教程第二版北京北京航空航天大学出社喻苹,郭文川单片机原理与接口技术北京化学工业出版社,朱金钧......”

4、“.....康华光电子技术基础数字部分第五版北京高等教育出版社,,与其它相比,具有更高的密度更快的工作速度和更大的编程灵活性。单片机以其体积小功能齐全价格低廉可靠性高等方面所具有的独特优点,长期以来被广泛的应用在各领域。基于的高密度高速度现场可编程的能力和单片机强大的数据处理功能,制作了波形发生系统,用于产生频率为的正弦波,锯齿波,三角波和四路分别占空比可调的波。的特点及应用,用户现场可编程门阵列是起源于年代中期,由美国硅谷公司首创的全新概念。能进行现场设计现场编程现场验证现场修改与分析,从而现场实现数字系统的单片设计和应用,在大专院校科研所航空航天数字通信计算机应用领域展示出了广泛的应用前景。系列器件的内部结构特点的结构框图如图所示。图的结构框图图给出了系列的内部结构图......”

5、“.....模块分布在芯片四周,它是内部逻辑和芯片封装脚之间的接口。逻辑单元通过程序定义内部联接关系,完成用户所需的逻辑功能。逻辑单元与逻辑单元逻辑单元与外界的连接关系以及矩阵开关的状态都通过程序定义。图系列的内部结构图可编程逻辑单元是的核心。图为系列的结构从图中可看出,它主要由触发器组合逻辑功能模块及多个多路数据选择器构成。内部的两个触发器由端的外部时钟驱动,时钟可由用户编程有效极性上升沿下降沿组合功能模块具有五个逻辑输入变量,并生成个具有布尔功能的输出。从图中还可以看出组合逻辑功能模块的延迟相对固定,与所要产生的逻辑功能无关,它只由器件的速度等级而定。通过单个的信号延迟时间般不超过。至,而用中小规模器件来完成个所包含的同样的逻辑功能,其信号延迟时间则需要。因此,的延迟时间要小得多,从而大大提高了所设计产品的性能......”

6、“.....随机仍然有其特殊的价值另方面则说明了消除机械和电磁噪音的最佳方法不是盲目地提高工作频率,随机技术正是提供了个分析,解决这种问题的全新思路。法法是种比较成熟的,目前使用较广泛的法前面提到的采样控制理论中的个重要结论冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同法就是以该结论为理论基础,用脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的波形即波形控制逆变电路中开关器件的通断,使其输出的脉冲电压的面积与所希望输出的正弦波在相应区间内的面积相等,通过改变调制波的频率和幅值则可调节逆变电路输出电压的频率和幅值该方法的实现有以下几种方案。等面积法方案实际上就是法原理的直接阐释,用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替正弦波,然后计算各脉冲的宽度和间隔,并把这些数据存于微机中,通过查表的方式生成信号控制开关器件的通断,以达到预期的目的由于此方法是以控制的基本原理为出发点......”

7、“.....其所得的的波形很接近正弦波,但其存在计算繁琐,数据占用内存大,不能实时控制的缺点。硬件调制法硬件调制法是为解决等面积法计算繁琐的缺点而提出的,其原理就是把所希望的波形作为调制信号,把接受调制的信号作为载波,通过对载波的调制得到所期望的波形通常采用等腰三角波作为载波,当调制信号波为正弦波时,所得到的就是波形其实现方法简单,可以用模拟电路构成三角波载波和正弦调制波发生电路,用比较器来确定它们的交点,在交点时刻对开关器件的通断进行控制,就可以生成波但是,这种模拟电路结构复杂,难以实现精确的控制。软件生成法由于微机技术的发展使得用软件生成波形变得比较容易,因此,软件生成法也就应运而生软件生成法其实就是用软件来实现调制的方法,其有两种基本算法,即自然采样法和规则采样法。自然采样法以正弦波为调制波,等腰三角波为载波进行比较......”

8、“.....这就是自然采样法其优点是所得波形最接近正弦波,但由于三角波与正弦波交点有任意性,脉冲中心在个周期内不等距,从而脉宽表达式是个超越方程,计算繁琐,入端。当选为双向时,可以由逻辑控制三态缓冲器来定义其输入或者为输出,使用非常方便。图系列的结构控制的特点与方法控制的基本原理很早就已经提出,但是受电力电子器件发展水平的制约,在上世纪年代以前直未能实现直到进入上世纪年代,随着全控型电力电子器件的出现和迅速发展,控制技术才真正得到应用随着电力电子技术,微电子技术和自动控制技术的发展以及各种新的理论方法,如现代控制理论,非线性系统控制思想的应用,控制技术获得了空前的发展到目前为止,已出现了多种控制技术。采样控制理论中有个重要结论冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时,其效果基本相同控制技术就是以该结论为理论基础,对半导体开关器件的导通和关断进行控制......”

9、“.....用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形按定的规则对各脉冲的宽度进行调制,既可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率。根据控制技术的特点,到目前为止主要有以下类方法。等脉宽法装置在早期是采用控制技术来实现的,其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压等脉宽法正是为了克服法的这个缺点发展而来的,是法中最为简单的种它是把每脉冲的宽度均相等的脉冲列作为波,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化相对于法,该方法的优点是简化了电路结构,提高了输入端的功率因数,但同时也存在输出电压中除基波外,还包含较大的谐波分量。随机在上世纪年代开始至上世纪年代初,由于当时大功率晶体管主要为双极性达林顿三极管,载波频率般不超过,电机绕组的电磁噪音及谐波造成的振动引起了人们的关注为求得改善......”

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