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2009-09-08 周立功 脈沖寬度調制(PWM) 是英文“Pluse Width Modulation”的縮寫(xiě)，簡(jiǎn)稱(chēng)脈寬調制。它是利用微處理器的數字輸出來(lái)對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，根據相應的載荷的變化來(lái)調制晶體管柵極或基極的偏置，來(lái)實(shí)現開(kāi)關(guān)穩壓電源輸出晶體管或晶體管導通時(shí)間的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，廣泛應用于測量、通信、功率控制與變化等許多領(lǐng)域。 Actel公司免費提供PWM IP核：CorePWM。CorePWM是基于A(yíng)PB總線(xiàn)形式的，它的優(yōu)點(diǎn)是可以連接到Core8051或者是CortexM1處理器上，方便用戶(hù)進(jìn)行SoC設計，本文將主要介紹CorePWM的原理與應用。 1. CorePWM介紹 (1) PWM的控制方法 采樣控制理論中有一個(gè)重要結論：量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節上時(shí)，效果基本相同。PWM控制技術(shù)就是以該結論為理論基礎，對半導體開(kāi)關(guān)器件的導通和關(guān)斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等而寬度不相等的脈沖，用這些脈沖來(lái)代替正弦波或其他所需要的波形。按一定的規則對各脈沖的寬度進(jìn)行調制，既可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。 現在，PWM控制技術(shù)主要有8種，分別為：相電壓控制PWM、線(xiàn)電壓控制PWM、電流控制PWM、空間電壓矢量控制PWM、矢量控制PWM、直接轉矩控制PWM、非線(xiàn)性控制PWM和諧振軟開(kāi)關(guān)PWM。 在這里要重點(diǎn)介紹一下相電壓控制PWM中的等脈寬PWM法。VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)裝置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技術(shù)來(lái)實(shí)現的，其逆變器部分只能輸出頻率可調的方波電壓而不能調壓，等脈寬PWM法正是為了克服PAM法的這個(gè)缺點(diǎn)發(fā)展而來(lái)的，是PWM法中最為簡(jiǎn)單的一種，它是把每一脈沖的寬度均相等的脈沖列作為PWM波，通過(guò)改變脈沖列的周期可以調頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協(xié)調變化，相對于PAM法，該方法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)化了電路結構，提高了輸入端的功率因數，但同時(shí)也存在輸出電壓中除基波外，還包含較大的諧波分量。 
如圖 1所示為等脈寬PWM波。該PWM的高低電平分別為VH和VL，理想的情況VL等于0，但實(shí)際應用中一般不等于0，這也是實(shí)際應用中產(chǎn)生誤差的一個(gè)重要原因。 (2) PWM的優(yōu)點(diǎn) PWM的優(yōu)點(diǎn)是從處理器到被控系統信號都是數字形式的，無(wú)需進(jìn)行數模轉換。讓信號保持為數字形式可將噪聲影響降到最小，噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或將邏輯0改變?yōu)檫壿?時(shí)，才能對數字信號產(chǎn)生影響。這也是在某些時(shí)候將PWM用于通信的主要原因，從模擬信號轉向PWM可以極大地延長(cháng)通信距離。在接收端，通過(guò)適當的RC或LC網(wǎng)絡(luò )可以濾除調制高頻方波并將信號還原為模擬形式。 (3) CorePWM的結構框圖 CorePWM的內部結構框圖如圖 2所示。它主要由時(shí)間基準發(fā)生器、PWM波形發(fā)生器和寄存器接口等模塊組成。
● 時(shí)間基準發(fā)生器：接收PRESCALE和PERIOD寄存器的值，并產(chǎn)生一個(gè)0～255的周期計數。 ● PWM波形發(fā)生器：用輸入周期計數器和上升、下降沿寄存器的值進(jìn)行比較，當計數值等于任何一個(gè)邊沿寄存器的值的時(shí)候，就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)相應的PWM波形輸出，并且中斷寄存器將會(huì )被更新。 ● 寄存器接口：主要是提供PWM內核的APB總線(xiàn)協(xié)議的接口。 (4) CorePWM內部寄存器
CorePWM內部所有的寄存器都是八位的，CorePWM寄存器的寄存器描述如表 1所示。
為了使讀者能夠更加清楚CorePWM寄存器的使用，特舉例進(jìn)行說(shuō)明，如圖 3所示。 (5) 應用場(chǎng)合
PWM主要用于電機控制等領(lǐng)域，圖 4所示為使用CorePWM控制多路電機。 2. 小結 本文主要介紹了Actel FPGA的CorePWM IP核，除了CorePWM，Actel公司還提供了UART、SPI、I2C、Timer等IP核，請關(guān)注周立功公司的網(wǎng)站獲得更多的信息。我們有著(zhù)一個(gè)接近30人的FPGA團隊提供強有力的售后服務(wù)，解決用戶(hù)在產(chǎn)品使用和研發(fā)過(guò)程中遇到的困難。若有更多的需求可以與我們聯(lián)系，我們將會(huì )竭誠為您服務(wù)，并能關(guān)注下期的FPGA專(zhuān)題技術(shù)講座。 |
