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一種基于CPLD的PWM控制電路設計

時間:2023-05-01 12:19:58 電子通信論文 我要投稿
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一種基于CPLD的PWM控制電路設計

摘要:介紹了利用硬件描述語言VHDL設計的一種基于CPLD的PWM控制電路,該PWM控制電路具有PWM開關頻率可調,同側2路信號互鎖、延時時間可調、接口簡單等特點,可應用于現代直流伺服系統(tǒng)。

    關鍵詞:PWM控制電路 CPLD VHDL

在直流伺服控制系統(tǒng)中,通過專用集成芯片或中小規(guī)模的數字集成電路構成的傳統(tǒng)PWM控制電路往往存在電路設計復雜,體積大,抗干擾能力差以及設計困難、設計周期長等缺點?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。隨著電子技術的發(fā)展,特別是專用集成電路(ASIC)設計技術的日趨完善,數字化的電子自動化設計(EDA)工具給電子設計帶來了巨大變革,尤其是硬件描述語言的出現,解決了傳統(tǒng)電路原理圖設計系統(tǒng)工程的諸多不便。針對以上情況,本文給出一種基于復雜可編程邏輯器件(CPLD)的PWM控制電路設計和它的仿真波形。

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為了實現直流伺服系統(tǒng)的H型單極模式同頻PWM可逆控制,一般需要產生四路驅動信號來實現電機的正反轉切換控制。當PWM控制電路工作時,其中H橋一側的兩路驅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;而另一側上臂為低電平,下臂為高電平。另外,為防止橋路同側對管的導通,還應當配有延時電路。設計的整體模塊見圖1所示。其中,d[7:0]矢量用于為微機提供調節(jié)占空比的控制信號,cs為微機提供控制電機正反轉的控制信號,clk為本地晶振頻率,qout[3:0]矢量為四路信號輸出。其內部原理圖如圖2所示。

該設計可得到脈沖周期固定(用軟件設置分頻器I9可改變PWM開關頻率,但一旦設置完畢,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I9分頻模塊分頻后可為PWM控制電路中I12計數器模塊和I11延時模塊提供內部時鐘。I12計數器在每個脈沖的上升沿到來時加1,當計數器的數值為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I8鎖存器的值與I12計數器中的計數值相同時,信號將通過I13比較器模塊比較并輸出高電平至I7模塊的復位端,以使I7模塊輸出低電平。當計數器再次溢出時,又重復上述過程。I7為RS觸發(fā)器,經過它可得到兩路相位相反的脈寬調制波,并可實現互鎖。I11為延時模塊,可防止橋路同側對管的導通,I10模塊為脈沖分配電路,用于輸出四路滿足設計要求的信號。CS為I10模塊的控制信號,用于控制電機的正反轉。

2 電路設計

本設計采用的是Lattice半導體公司推出的is-plever開發(fā)平臺,該開發(fā)平臺定位于復雜設計的簡單工具。它采用簡明的設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,無須第三方設計工具便可完成整個設計流程。在原理設計方面,本設計采用自頂向下、層次化、模塊化的設計思想,這種設計思想的優(yōu)點是符合人們先抽象后具體,先整體后局部的思維習慣。其設計出的模塊修改方便,不影響其它模塊,且可重復使用,利用率高。本文僅就原理圖中的I12計數器模塊和I11延遲模塊進行討論。

計數器模塊的VHDL程序設計如下:

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