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一種基于CPLD的PWM控制電路設(shè)計
摘要:介紹了利用硬件描述語言VHDL設(shè)計的一種基于CPLD的PWM控制電路,該PWM控制電路具有PWM開關(guān)頻率可調(diào),同側(cè)2路信號互鎖、延時時間可調(diào)、接口簡單等特點,可應(yīng)用于現(xiàn)代直流伺服系統(tǒng)。在直流伺服控制系統(tǒng)中,通過專用集成芯片或中小規(guī)模的數(shù)字集成電路構(gòu)成的傳統(tǒng)PWM控制電路往往存在電路設(shè)計復(fù)雜,體積大,抗干擾能力差以及設(shè)計困難、設(shè)計周期長等缺點?因此PWM控制電路的模塊化、集成化已成為發(fā)展趨勢。它不僅可以使系統(tǒng)體積減小、重量減輕且功耗降低,同時可使系統(tǒng)的可靠性大大提高。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,特別是專用集成電路(ASIC)設(shè)計技術(shù)的日趨完善,數(shù)字化的電子自動化設(shè)計(EDA)工具給電子設(shè)計帶來了巨大變革,尤其是硬件描述語言的出現(xiàn),解決了傳統(tǒng)電路原理圖設(shè)計系統(tǒng)工程的諸多不便。針對以上情況,本文給出一種基于復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)的PWM控制電路設(shè)計和它的仿真波形。
1。校祝涂刂齐娐坊驹
為了實現(xiàn)直流伺服系統(tǒng)的H型單極模式同頻PWM可逆控制,一般需要產(chǎn)生四路驅(qū)動信號來實現(xiàn)電機的正反轉(zhuǎn)切換控制。當(dāng)PWM控制電路工作時,其中H橋一側(cè)的兩路驅(qū)動信號的占空比相同但相位相反,同時隨控制信號改變并具有互鎖功能;而另一側(cè)上臂為低電平,下臂為高電平。另外,為防止橋路同側(cè)對管的導(dǎo)通,還應(yīng)當(dāng)配有延時電路。設(shè)計的整體模塊見圖1所示。其中,d[7:0]矢量用于為微機提供調(diào)節(jié)占空比的控制信號,cs為微機提供控制電機正反轉(zhuǎn)的控制信號,clk為本地晶振頻率,qout[3:0]矢量為四路信號輸出。其內(nèi)部原理圖如圖2所示。
該設(shè)計可得到脈沖周期固定(用軟件設(shè)置分頻器I9可改變PWM開關(guān)頻率,但一旦設(shè)置完畢,則其脈沖周期將固定)、占空比決定于控制信號、分辨力為1/256的PWM信號。I8模塊為脈寬鎖存器,可實現(xiàn)對來自微機的控制信號d[7:0]的鎖存,d[7:0]的向量值用于決定PWM信號的占空比。clk本地晶振在經(jīng)I9分頻模塊分頻后可為PWM控制電路中I12計數(shù)器模塊和I11延時模塊提供內(nèi)部時鐘。I12計數(shù)器在每個脈沖的上升沿到來時加1,當(dāng)計數(shù)器的數(shù)值為00H或由0FFH溢出時,它將跳到00H時,cao輸出高電平至I7觸發(fā)器模塊的置位端,I7模塊輸出一直保持高電平。當(dāng)I8鎖存器的值與I12計數(shù)器中的計數(shù)值相同時,信號將通過I13比較器模塊比較并輸出高電平至I7模塊的復(fù)位端,以使I7模塊輸出低電平。當(dāng)計數(shù)器再次溢出時,又重復(fù)上述過程。I7為RS觸發(fā)器,經(jīng)過它可得到兩路相位相反的脈寬調(diào)制波,并可實現(xiàn)互鎖。I11為延時模塊,可防止橋路同側(cè)對管的導(dǎo)通,I10模塊為脈沖分配電路,用于輸出四路滿足設(shè)計要求的信號。CS為I10模塊的控制信號,用于控制電機的正反轉(zhuǎn)。
2 電路設(shè)計
本設(shè)計采用的是Lattice半導(dǎo)體公司推出的is-plever開發(fā)平臺,該開發(fā)平臺定位于復(fù)雜設(shè)計的簡單工具。它采用簡明的設(shè)計流程并完整地集成了Leonardo Spectrum的VHDL綜合工具和ispVMTM系統(tǒng),因此,無須第三方設(shè)計工具便可完成整個設(shè)計流程。在原理設(shè)計方面,本設(shè)計采用自頂向下、層次化、模塊化的設(shè)計思想,這種設(shè)計思想的優(yōu)點是符合人們先抽象后具體,先整體后局部的思維習(xí)慣。其設(shè)計出的模塊修改方便,不影響其它模塊,且可重復(fù)使用,利用率高。本文僅就原理圖中的I12計數(shù)器模塊和I11延遲模塊進行討論。
計數(shù)器模塊的VHDL程序設(shè)計如下:
entity counter is
port(clk: in std logic;
Q : out std logic vector(7 downto 0);
cao: out std_logic);
end counter;
architecture a_counter of counter is
signal Qs: std_logic_vector(7 downto 0);
signal reset: std_logic;
signal caolock: std_logic;
begin
process(clk,reset)
begin
if(reset=‘1')then
Qs<=“00000000”;
elsif clk'event and clk=‘1' then
Qs<=Qs+‘1';
end if;
end process;
reset<=‘1' when Qs=255 else
‘0';
caolock<=‘1' when Qs=0 else
‘0';
Q<=Qs;
cao<=reset or caolock;
end a_counter;
圖2 PWM可逆控制電路原理圖
在原理圖中,延遲模塊必不可少,其功能是對PWM波形的上升沿進行延時,而不影響下降沿,從而確保橋路同側(cè)不會發(fā)生短路。其模塊的VHDL程序如下:
entity delay is
port(clk: in std_logic;
input: in std_logic_vector(1 downto 0);
output:out std_logic_vector(1 downto 0)
end delay;
architecture a_delay of delay is
signal Q1,Q2,Q3,Q4: std_logic;
begin
process(clk)
begin
if clk'event and clk=‘1' then
Q3<=Q2;
Q2<=Q1;
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