1、YIBINYIBIN UNIVERSITYUNIVERSITYEDAEDA 技術(shù)及應(yīng)用期末設(shè)計報告技術(shù)及應(yīng)用期末設(shè)計報告題題 目目: : PWMPWM 信號發(fā)生器的設(shè)計信號發(fā)生器的設(shè)計 專專 業(yè)業(yè): : 電子信息科學(xué)與技術(shù)電子信息科學(xué)與技術(shù) 姓姓 名名: : 學(xué)學(xué) 號號: : 20132013 年年 1212 月月 2020 日日摘要：摘要：PWM，即脈沖寬度調(diào)制。脈沖寬度，即一個脈沖信號所占，即脈沖寬度調(diào)制。脈沖寬度，即一個脈沖信號所占時間的長度。所以脈沖寬度的調(diào)制就是調(diào)制脈沖信號的時間長度。時間的長度。所以脈沖寬度的調(diào)制就是調(diào)制脈沖信號的時間長度。一個完整的脈沖信號是有高電平部分和低電平部

2、分共兩部分組成的。一個完整的脈沖信號是有高電平部分和低電平部分共兩部分組成的。所以，脈沖寬度調(diào)制可以簡單的理解為就是調(diào)制脈沖信號的高電平所以，脈沖寬度調(diào)制可以簡單的理解為就是調(diào)制脈沖信號的高電平或者低電平時間的長度。而控制時間的長度，可以用計數(shù)器對時鐘或者低電平時間的長度。而控制時間的長度，可以用計數(shù)器對時鐘脈沖信號的計數(shù)來實(shí)現(xiàn)：通過計數(shù)器的數(shù)值設(shè)定以及對溢出信號的脈沖信號的計數(shù)來實(shí)現(xiàn)：通過計數(shù)器的數(shù)值設(shè)定以及對溢出信號的使用，就可以實(shí)現(xiàn)對脈沖信號中的高電平或者低電平的時間進(jìn)行限使用，就可以實(shí)現(xiàn)對脈沖信號中的高電平或者低電平的時間進(jìn)行限定。定。在本次設(shè)計中，一共有兩個設(shè)計方案，分別用不同的器件

3、在本次設(shè)計中，一共有兩個設(shè)計方案，分別用不同的器件進(jìn)行設(shè)計，但其中最重要的，最關(guān)鍵的部分，都是有關(guān)計數(shù)器的設(shè)進(jìn)行設(shè)計，但其中最重要的，最關(guān)鍵的部分，都是有關(guān)計數(shù)器的設(shè)計，用信號賦值的方式?jīng)Q定輸出的電平的高低，通過相關(guān)計數(shù)器的計，用信號賦值的方式?jīng)Q定輸出的電平的高低，通過相關(guān)計數(shù)器的數(shù)值設(shè)定，調(diào)制脈沖輸出的電平的時間長度。數(shù)值設(shè)定，調(diào)制脈沖輸出的電平的時間長度。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：1）脈沖寬度調(diào)制脈沖寬度調(diào)制2）時鐘信號時鐘信號3）計數(shù)器計數(shù)器4）D 觸發(fā)器觸發(fā)器目錄目錄摘要摘要-2關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞-2引言引言-4設(shè)計概述設(shè)計概述-4方案論證方案論證-5源程序設(shè)計源程序設(shè)計-6方案選擇方案選擇-11程序

4、分析程序分析-11設(shè)計程序仿真圖設(shè)計程序仿真圖-12仿真分析仿真分析-13設(shè)計總結(jié)設(shè)計總結(jié)-14參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)-14引言：引言：PWM 即脈沖寬度調(diào)制，就是利用微處理器的數(shù)字輸出來即脈沖寬度調(diào)制，就是利用微處理器的數(shù)字輸出來對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。PWM 從處理器到被從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數(shù)字式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字控系統(tǒng)信號都是數(shù)字式的，無需進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。讓信號保持為數(shù)字形式可將噪聲影響降到最小，因此廣泛應(yīng)用在測量，通信和功率控形式可將噪聲影響降到最小，因此廣泛應(yīng)用在測量，通信和功率控制與交換的許多領(lǐng)域。制與交換的

5、許多領(lǐng)域。脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管基極或化來調(diào)制晶體管基極或 MOSMOS 管柵極的偏置，來實(shí)現(xiàn)晶體管或管柵極的偏置，來實(shí)現(xiàn)晶體管或 MOSMOS 管管導(dǎo)通時間的改變，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能導(dǎo)通時間的改變，從而實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字信號對數(shù)字信號對模擬電路模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。P PWMWM 控制技術(shù)控制技

6、術(shù)以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而以其控制簡單，靈活和動態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為成為電力電子技術(shù)電力電子技術(shù)最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。最廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控現(xiàn)代控制理論制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振波開關(guān)技術(shù)將會成為思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振波開關(guān)技術(shù)將會成為 PWMPWM 控制技術(shù)發(fā)展的控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。主要方向之一。設(shè)計概述：設(shè)計概述：本次設(shè)計中，采用方案二進(jìn)行設(shè)計。用一個信號本次設(shè)計中，采用方案二進(jìn)行設(shè)計。用一個信號“CNT”來對時鐘脈沖信號進(jìn)行計數(shù)

7、，并且將脈沖寬度調(diào)制信號設(shè)來對時鐘脈沖信號進(jìn)行計數(shù)，并且將脈沖寬度調(diào)制信號設(shè)為為 PWMH 和和 PWML 兩個信號。用信號兩個信號。用信號:CNT，作為計數(shù)中間值。，作為計數(shù)中間值。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號 CNT 的計數(shù)數(shù)值小于其設(shè)定值的時候，每來一個時的計數(shù)數(shù)值小于其設(shè)定值的時候，每來一個時鐘脈沖信號就將鐘脈沖信號就將 CNT 加一，如果這個時候計數(shù)數(shù)值信號加一，如果這個時候計數(shù)數(shù)值信號 CNT 的計的計數(shù)數(shù)值也小于或等于數(shù)數(shù)值也小于或等于 D 信號輸入值，就將信號輸入值，就將 PWMH 信號置為高電平，信號置為高電平，PWML 信號置為低電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號信號置為低電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)

8、值信號 CNT 的技術(shù)數(shù)值等于的技術(shù)數(shù)值等于 D信號的輸入值的時候，便將輸出信號翻轉(zhuǎn)，即信號的輸入值的時候，便將輸出信號翻轉(zhuǎn)，即 PWMH 為低電平，為低電平，PWML 為高電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號為高電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號 CNT 的計數(shù)數(shù)值等于的計數(shù)數(shù)值等于 CNT 設(shè)設(shè)定值的時候，便將定值的時候，便將 CNT 置零，程序便再次循環(huán)作用，不斷輸出脈沖置零，程序便再次循環(huán)作用，不斷輸出脈沖寬度調(diào)制信號。由此達(dá)到脈沖寬度調(diào)制的目的。完成程序設(shè)計的目寬度調(diào)制信號。由此達(dá)到脈沖寬度調(diào)制的目的。完成程序設(shè)計的目的。的。方案論證：方案論證： 本次設(shè)計一共設(shè)想了兩個方案本次設(shè)計一共設(shè)想了兩個方案：1）方案一）

9、方案一：用一個八位可自加載的加法計數(shù)器用一個八位可自加載的加法計數(shù)器控制低電平的時間長度，用另一個八位可自加載的加法計數(shù)器控制控制低電平的時間長度，用另一個八位可自加載的加法計數(shù)器控制高電平的時間長度，用一個高電平的時間長度，用一個 D 觸發(fā)器來接收兩個計數(shù)器的溢出信號觸發(fā)器來接收兩個計數(shù)器的溢出信號和輸出調(diào)制信號。和輸出調(diào)制信號。其中一個計數(shù)器的溢出信號接到其中一個計數(shù)器的溢出信號接到 D 觸發(fā)器的觸發(fā)器的 CLK 輸輸入端，用來控制低電平的時間長短。另一個計數(shù)器的溢出信號接到入端，用來控制低電平的時間長短。另一個計數(shù)器的溢出信號接到D 觸發(fā)器的清零信號輸入端，用來控制高電平的時間長短。觸發(fā)

10、器的清零信號輸入端，用來控制高電平的時間長短。通過將通過將 D 觸發(fā)器的輸出信號取反后加到控制低電平時觸發(fā)器的輸出信號取反后加到控制低電平時間長短的計數(shù)器的置位端，讓計數(shù)器回到初始值，并重新開始計數(shù)。間長短的計數(shù)器的置位端，讓計數(shù)器回到初始值，并重新開始計數(shù)。另一個控制高電平時間長短的計數(shù)器的置位端接入另一個控制高電平時間長短的計數(shù)器的置位端接入 D 觸發(fā)器的輸出觸發(fā)器的輸出信號，達(dá)到將計數(shù)器置入初始值，重新開始計數(shù)的目的。信號，達(dá)到將計數(shù)器置入初始值，重新開始計數(shù)的目的。這樣，整個電路形成完整的回路，達(dá)到往返輸出這樣，整個電路形成完整的回路，達(dá)到往返輸出PWM 信號的目的。信號的目的。2）方

11、案二）方案二：在本方案中，將脈沖寬度調(diào)制信號設(shè)為在本方案中，將脈沖寬度調(diào)制信號設(shè)為了了 PWMH 和和 PWML 兩個信號。在輸入端，通過兩個信號。在輸入端，通過 D 信號的輸入值，信號的輸入值，CNT 信號的設(shè)定值以及信號的設(shè)定值以及 IF 函數(shù)，達(dá)到計數(shù)的目的。函數(shù)，達(dá)到計數(shù)的目的。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號 CNT 的計數(shù)數(shù)值小于其設(shè)定值的時候，的計數(shù)數(shù)值小于其設(shè)定值的時候，每來一個時鐘脈沖信號就將每來一個時鐘脈沖信號就將 CNT 加一，如果這個時候計數(shù)數(shù)值信號加一，如果這個時候計數(shù)數(shù)值信號CNT 的計數(shù)數(shù)值也小于或等于的計數(shù)數(shù)值也小于或等于 D 信號輸入值，就將信號輸入值，就將 PW

12、MH 信號置信號置為高電平，為高電平，PWML 信號置為低電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號信號置為低電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號 CNT 的技術(shù)的技術(shù)數(shù)值等于數(shù)值等于 D 信號的輸入值的時候，便將輸出信號翻轉(zhuǎn)，即信號的輸入值的時候，便將輸出信號翻轉(zhuǎn)，即 PWMH為低電平，為低電平，PWML 為高電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號為高電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號 CNT 的計數(shù)數(shù)值等的計數(shù)數(shù)值等于于 CNT 設(shè)定值的時候，便將設(shè)定值的時候，便將 CNT 置零，程序便再次循環(huán)作用，不置零，程序便再次循環(huán)作用，不斷輸出脈沖寬度調(diào)制信號。由此達(dá)到脈沖寬度調(diào)制的目的。斷輸出脈沖寬度調(diào)制信號。由此達(dá)到脈沖寬度調(diào)制的目的。源程序設(shè)計：源程序設(shè)計：

13、方案一設(shè)計源程序：方案一設(shè)計源程序：1）八位可自加載假發(fā)計數(shù)器的源程序）八位可自加載假發(fā)計數(shù)器的源程序LCNT8.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY LCN ISPORT(CLK,LD:IN STD_LOGIC;D:IN INTEGER RANGE 0 TO 255;CAO:OUT STD_LOGIC);END ENTITY LCNT8;ARCHITECTURE ART OF LCNT8 ISSIGNAL COUNT:INTEGER RANGE 0 TO 255;BEGINPROCESS(CLK) ISBEGINIF CLKEV

14、ENT AND CLK=1 THENIF LD=1 THEN COUNT=COUNT+1;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(COUNT) ISBEGINIF COUNT=255 THEN YC=1;ELSE YCCLK,LD=LD1,D=A,YC=YC1);U2:LCNT8 PORT MAP(CLK=CLK,LD=LD2,D=B,YC=YC2);PROCESS(YC1,YC2) ISBEGINIF YC1=1 THEN SPWM1 THEN SPWM=1;END IF;END PROCESS;LD1=SPWM;LD2= NOT SPWM;PWM=SPWM;EN

15、D ARCHITECTURE ART;END；方案二源程序：方案二源程序：LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; ENTITY PWM IS PORT( CLK:IN STD_LOGIC; D:IN STD_LOGIC_VECTOR(11DOWNTO 0); PWMH:OUT STD_LOGIC; PWML:OUT STD_LOGIC);END ENTITY PWM; ARCHITECTURE ART OF PWM IS S

16、IGNAL PH:STD_LOGIC; SIGNAL PL:STD_LOGIC; SIGNAL CNT : STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0); BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF CNT=000000001111 THEN CNT=000000000000; ELSE CNT=CNT+1; END IF;END IF;IF CNT=D THEN PH=1;PL=0; ELSE PH=0; PL=1; END IF; END PROCESS;PROCESS(CLK)ISBEGINIF CLKEVE

17、NT AND CLK=1 THENPWMH=PH; PWML=PL; END IF;END PROCESS;END;方案選擇：方案選擇：由設(shè)計源程序可知，在第二個方案中，用一個由設(shè)計源程序可知，在第二個方案中，用一個 IF 語句語句就達(dá)到了方案一中的兩個計數(shù)器的計數(shù)，去控制輸出的目的，并且就達(dá)到了方案一中的兩個計數(shù)器的計數(shù)，去控制輸出的目的，并且省略了省略了 D 觸發(fā)器。在硬件上節(jié)約了很多資源，并且在程序上也顯得觸發(fā)器。在硬件上節(jié)約了很多資源，并且在程序上也顯得簡單得多。所以采用方案二作為本次設(shè)計的最終方案。簡單得多。所以采用方案二作為本次設(shè)計的最終方案。程序分析：程序分析： 本次設(shè)計，選擇的

18、方案是第二個。由方案二的源程序可本次設(shè)計，選擇的方案是第二個。由方案二的源程序可以看出：運(yùn)用到了數(shù)值加法計數(shù)，所以打開以看出：運(yùn)用到了數(shù)值加法計數(shù)，所以打開USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL 兩個程序包。由于信號是以高低電平輸入或輸出，所兩個程序包。由于信號是以高低電平輸入或輸出，所以打開了以打開了 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL 程序包。在實(shí)體設(shè)計程序包。在實(shí)體設(shè)計中，定義了時鐘信號輸入端口和中，定義了時鐘信號輸入端口和 D 信號設(shè)定值輸入端口，定義了兩信號設(shè)定值輸入端口，定義了兩個脈沖

19、寬度調(diào)試的輸出信號。個脈沖寬度調(diào)試的輸出信號。 在結(jié)構(gòu)體中定義了兩個輸出信號在結(jié)構(gòu)體中定義了兩個輸出信號:PWMH 和和 PWML，還定義了一個計數(shù)信號：還定義了一個計數(shù)信號：CNT，作為中間值。，作為中間值。 由源程序可以知道，由源程序可以知道，當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號 CNT 的計數(shù)數(shù)的計數(shù)數(shù)值小于其設(shè)定值的時候，每來一個時鐘脈沖信號就將值小于其設(shè)定值的時候，每來一個時鐘脈沖信號就將 CNT 加一，如加一，如果這個時候計數(shù)數(shù)值信號果這個時候計數(shù)數(shù)值信號 CNT 的計數(shù)數(shù)值也小于或等于的計數(shù)數(shù)值也小于或等于 D 信號輸信號輸入值，就將入值，就將 PWMH 信號置為高電平，信號置為高電平，

20、PWML 信號置為低電平。當(dāng)信號置為低電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號計數(shù)數(shù)值信號 CNT 的技術(shù)數(shù)值等于的技術(shù)數(shù)值等于 D 信號的輸入值的時候，便將信號的輸入值的時候，便將輸出信號翻轉(zhuǎn)，即輸出信號翻轉(zhuǎn)，即 PWMH 為低電平，為低電平，PWML 為高電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)為高電平。當(dāng)計數(shù)數(shù)值信號值信號 CNT 的計數(shù)數(shù)值等于的計數(shù)數(shù)值等于 CNT 設(shè)定值的時候，便將設(shè)定值的時候，便將 CNT 置零，置零，程序便再次循環(huán)作用，不斷輸出脈沖寬度調(diào)制信號。由此達(dá)到脈沖程序便再次循環(huán)作用，不斷輸出脈沖寬度調(diào)制信號。由此達(dá)到脈沖寬度調(diào)制的目的。完成程序設(shè)計的目的。寬度調(diào)制的目的。完成程序設(shè)計的目的。設(shè)計程序仿真圖：設(shè)計程

21、序仿真圖：方案二源程序仿真圖方案二源程序仿真圖仿真分析：仿真分析： 由仿真圖可以看出，由仿真圖可以看出，D 的輸入值為的輸入值為 10，在程序中得，在程序中得知知 CNT 計數(shù)數(shù)值信號的設(shè)定值為計數(shù)數(shù)值信號的設(shè)定值為 15，所以，當(dāng)前十個時鐘信號來，所以，當(dāng)前十個時鐘信號來時，保持時，保持 PWMH 輸出為高電平，輸出為高電平，PWML 輸出為低電平。當(dāng)?shù)谑惠敵鰹榈碗娖健．?dāng)?shù)谑粋€時鐘到來時，輸出信號翻轉(zhuǎn)，將個時鐘到來時，輸出信號翻轉(zhuǎn)，將 PWMH 置為低電平，置為低電平，PWML 置置為高電平，保持五個時鐘周期后，為高電平，保持五個時鐘周期后，CNT 的計數(shù)數(shù)值等于其設(shè)定數(shù)值，的計數(shù)數(shù)值等于其設(shè)定數(shù)值，因此被置零，所以輸出信號再次翻轉(zhuǎn)，將因此被置零，所以輸出信號再次翻轉(zhuǎn)，將 PWMH 輸出置為高電平，輸出置為高電平，PWML 輸出置為低電平，由此往返運(yùn)行程序，便循環(huán)輸出脈沖寬度輸出置為低電平，由此往返運(yùn)行程序，便循環(huán)輸出脈沖寬度調(diào)制信號。調(diào)制信號。 綜上所述，方案二的設(shè)計滿足了設(shè)計要求。綜上所述，方案二的設(shè)計滿足了設(shè)計要求。設(shè)計總結(jié)：設(shè)計總結(jié)：脈沖寬度調(diào)制的程序設(shè)計本身是比較簡單的，最重要脈沖寬度調(diào)制的程序設(shè)計本身是比較簡單的，最