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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，簡稱脈寬調制。它是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，根據相應的載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現開關穩壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變。這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，廣泛應用于測量、通信、功率控制與變化等許多領域。 Actel公司免費提供PWM IP核：CorePWM。CorePWM是基于APB總線形式的，它的優點是可以連接到Core8051或者是CortexM1處理器上，方便用戶進行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重要結論：量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環節上時，效果基本相同。PWM控制技術就是以該結論為理論基礎，對半導體開關器件的導通和關斷進行控制，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控制技術主要有8種，分別為：相電壓控制PWM、線電壓控制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、非線性控制PWM和諧振軟開關PWM。 在這里要重點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)控制技術來實現的，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法的這個缺點發展而來的，是PWM法中最為簡單的一種，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調變化，相對于PAM法，該方法的優點是簡化了電路結構，提高了輸入端的功率因數，但同時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，但實際應用中一般不等于0，這也是實際應用中產生誤差的一個重要原因。 (2) PWM的優點 PWM的優點是從處理器到被控系統信號都是數字形式的，無需進行數模轉換。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改變為邏輯0或將邏輯0改變為邏輯1時，才能對數字信號產生影響。這也是在某些時候將PWM用于通信的主要原因，從模擬信號轉向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當的RC或LC網絡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。它主要由時間基準發生器、PWM波形發生器和寄存器接口等模塊組成。
● 時間基準發生器：接收PRESCALE和PERIOD寄存器的值，并產生一個0～255的周期計數。 ● PWM波形發生器：用輸入周期計數器和上升、下降沿寄存器的值進行比較，當計數值等于任何一個邊沿寄存器的值的時候，就會產生一個相應的PWM波形輸出，并且中斷寄存器將會被更新。 ● 寄存器接口：主要是提供PWM內核的APB總線協議的接口。 (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，特舉例進行說明，如圖 3所示。 (5) 應用場合
PWM主要用于電機控制等領域，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，請關注周立功公司的網站獲得更多的信息。我們有著一個接近30人的FPGA團隊提供強有力的售后服務，解決用戶在產品使用和研發過程中遇到的困難。若有更多的需求可以與我們聯系，我們將會竭誠為您服務，并能關注下期的FPGA專題技術講座。 |
