單片機(jī)驅(qū)動(dòng)CPLD的PWM正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

　　脈寬調(diào)制PWM（Pulse Width Modulation）是利用數(shù)字輸出信號(hào)對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

　　一、PWM原理

　　PWM 是一種對模擬信號(hào)電平進(jìn)行數(shù)字編碼的方法。通過高分辨率計(jì)數(shù)器的使用，方波的占空比被調(diào)制用來對一個(gè)具體模擬信號(hào)的電平進(jìn)行編碼。PWM 信號(hào)仍然是數(shù)字的，因?yàn)樵诮o定的任何時(shí)刻，滿幅值的直流供電要么完全有（ON），要么完全無（OFF）。電壓或電流源是以一種通（ON） 或斷（OFF） 的重復(fù)脈沖序列被加到模擬負(fù)載上去的。通的時(shí)候即是直流供電被加到負(fù)載上的時(shí)候，斷的時(shí)候即是供電被斷開的時(shí)候。

　　只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM 進(jìn)行編碼。

　　如圖1 所示，用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個(gè)正弦半波，正弦半波N 等分，看成N 個(gè)相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點(diǎn)重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規(guī)律變化。

圖1 用PWM波代替正弦半波

　　SPWM 波形——脈沖寬度按正弦規(guī)律變化而和正弦波等效的PWM 波形。

　　二、基于CPLD的PWM方案

　　一個(gè)PWM 發(fā)生器必須包括計(jì)數(shù)器，數(shù)據(jù)比較器，另外就是配置PWM 參數(shù)的時(shí)鐘分頻寄存器和占空比寄存器，結(jié)構(gòu)框圖如圖2 所示，這些電路都可以用CPLD 來實(shí)現(xiàn)。

圖2 PWM控制器結(jié)構(gòu)框圖

　　高頻時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)分頻器驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器如圖3 所示，總是從Bottom 到Top 的循環(huán)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器的輸出和占空比寄存器里的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)比較器比較，輸出PWM 信號(hào)，當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出小于占空比設(shè)定值時(shí)輸出低電平（0），否則輸出高電平（1），如圖3（b）（c）所示。

圖3 PWM信號(hào)發(fā)生器時(shí)序波形圖

　　從圖中還可以看出，計(jì)數(shù)器的周期就是PWM 信號(hào)的周期，通過修改占空比寄存器從而實(shí)現(xiàn)對輸出PWM 信號(hào)高低電平比例控制，圖3（b）是占空比為P1 的PWM輸出，圖3（c）是占空比為P2 的PWM 輸出，它們周期相同，高低電平的比例不同。