基于FPGA的PWM与定时计数器IP核的设计
基于FPGA的PWM控制器设计及应用
results prove the feasibility of the proposed method.
Keywords: FPGA Thesis
Digital Control
Digital PWM
Digital Compensator
: Application 论
表 1.1 三种 DC/DC 电源管理模式比较 种类 工作 模式 低压差线 性稳压器 电荷泵 升、降压， 反转 开关电源 升、降压， 反转 高 高 高 电容电感 好 高 中 中 中 电容 差 中 降压 效 率 低 低 复杂度 输出 纹波 低 外围 器件 电容 中 负载性 电磁 干扰 低
低压差线性稳压器只能适用于降压变换，从其工作原理来讲，低压差线性稳压器根 据负载电流的变化情况来调节自身的输出电阻，维持稳压输出端的电压不变，适合于输 入输出电压差较小的场合，通常效率不高并且发热严重。 电荷泵式电压变换器是一种利用泵电容来储能的 DC/DC 变换器，它既能使输入电
西安科技大学 硕士学位论文 基于FPGA的PWM控制器设计及应用 姓名：任小青 申请学位级别：硕士 专业：微电子与固体电子学 指导教师：徐大林;刘树林 2011
论文题目：基于 FPGA 的 PWM 控制器设计及应用 专 业：微电子与固体电子学 （签名） （签名） （签名）
硕 士 生：任小青 指导教师：徐大林 刘树林
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西安科技大学硕士学位论文
压升高或降低，也可以用于产生负电压[3]。 开关电源变换器利用电感储能，与低压差线性稳压器或电荷泵相比要求更大的电路 板面积， 但能提供很大的负载电流。 如果能将所需的高耐压的开关晶体管集成到器件中， 使用时只需外接一个电感和必要的输入、 输出电容， 可以使整个方案的体积进一步减小， 使用更加简便；这种类型的开关电源效率高，负载电流大，但是纹波比低压差线性稳压 器大，且通常所需外围电感并不容易集成到芯片内部；随着开关电源技术发展，工作频 率的提高可以减小纹波，减小外围电感要求[4]。 电源技术的发展经历了电子管稳压源、晶体管稳压源、以 IGBT 和 GTR 为开关器 件的低频开关稳压源、以场效应管作为开关器件的高频稳压源几个时期，总体的发展趋 势是朝着体积小、损耗小、效率高、可靠性高的方向发展[5]。 传统的模拟开关电源由于使用模拟器件设计，在反馈控制回路中采用误差放大器， 基准电压源等电路，对工艺、器件稳定性要求较高，而且模拟电路容易老化且受温度干 扰。此外，用户对电源的无故障运行时间、电源运行状态的监控要求也越来越高，电源 设计人员不仅仅满足于实时监控电流、电压、温度，还提出了根据电源负载情况灵活设 定输出电压参数的要求，这些需求是现阶段的模拟电源设计方案难以满足的，因此，产 生了用数字电路设计电源的想法，其目标就是将电源管理功能用数字方法设计，并实现 智能、高效的转换与控制[6]。 数字化控制系统以其突出的优点逐渐取代模拟控制电路，在电力电子电路领域的各 个方面已经得到了广泛的应用。随着微电子的发展，高速度、高集成度的现场可编程门 阵列与数字化控制技术的结合成为数字化控制系统发展的必然趋势。 结合数字控制优点及FPGA长处， 本文提出一种基于FPGA的开关电源数字化控制系 统方案，并完成了设计仿真以及实验验证。将开关电源控制器集成在一片FPGA芯片上， 一方面提高了控制芯片的工作效率，另一方面减少控制芯片的外围分立元件，从而提高 系统工作可靠性，增强系统的灵活性、适应性，减少PCB面积、降低成本。 基于FPGA的灵活性和可任意配置特性，本系统中各个功能模块通过单独配置，可 以作为独立模块下载到芯片中使用，具有很强的通用性；当需要系统升级或者系统功能 扩展时，只需将现有系统移植到更高级的FPGA芯片，并加入需要的功能模块即可，因 此具有很强的移植性。
基于FPGA的定时器计数器的设计与实现
基于FPGA的定时器/计数器的设计与实现摘要本课题旨在用EDA工具与硬件描述语言设计一个基于Altera公司的FPGA 16位计数器\定时器，可对连续和非连续脉冲进行计数，并且计数器在具有计数定时功能基础上，实现简单脉宽调制功能和捕获比较功能。
本设计采用QuartusII编译开发工具使用VerilogHDL 设计语言进行设计，并采用了由上而下的设计方法对计数器进行设计，体现了VerilogHDL 在系统级设计上自上而下设计风格的优点。
本设计中采用了三总线的设计方案，使设计更加简洁与规范。
本设计所有模块与功能均在Quartus II 7.0_1.4G_Liwz版本下通过编译与仿真，实现了定时器/计数器的设计功能。
关键词：VerilogHDL硬件描述语言；QuartusII；FPGA；定时器/计数器FPGA-based timer / counter design and implementationThis topic aims to use EDA tools to design a 16 bit counter \ timer based on Altera's FPGA by hardware descripe language, which can count continuous and discontinuous pulset, and the counter with the function of capture and PWM. This design uses VerilogHDL language and top-down design method to design the counter on QuartusII compile tool, the design reflect the advantages of VerilogHDL top-down design in system-level design. The design uses a three-bus design, which make design much more specifications and concise. The design and function of all modules are compiled and simulationed on the Quartus II 7.0_1.4G_Liwz versions, and achieve the timer / counter’s features.Key words: VerilogHDL hardware description language; QuartusII; FPGA; timer / counter河北大学2011届本科生毕业论文（设计）目录引言 (1)1 计数器设计方式选择与论证 (4)1.1 计数器实现方案论证 (4)1.2 设计方式选择认证 (4)1.2.1 自下而上的设计方法 (4)1.2.2 自上而下的设计方法 (4)1.2.3 混合的设计方法 (5)2 计数器整体设计方案 (6)3 计数器/定时器各种工作方式的设计 (8)3.1 计数模块 (8)3.1.1 位加计数器模块 (8)3.1.2 位减计数器 (9)3.2 顶层模块设计 (11)4 总结 (19)谢辞........................................ 错误!未定义书签。
基于FPGA的PWM与定时计数器IP核的设计
基于FPGA的PWM与定时计数器IP核的设计前言PWM是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的简称，在自动控制系统和计算机技术领域都有非常广泛的应用。
在许多硬核式的嵌入式CPU中都有PWM和定时计数器模块的I/O 口供用户使用，在交流检测、电机控制等实际应用系统中，PWM是整个系统的技术核心，在嵌入式操作系统中定时计数器也是不可缺少的部分。
而在FPGA中的SOPC中，很多时候并没有提供这种模块供用户使用，因此设计出支持PWM输出的IP核具有很大的实用价值。
针对市场上使用的FPGA情况，本文所提出的IP功能实现是基于Altera公司的cyclone II芯片，该功能模块不仅可以作为独立的模块使用，而且可以嵌入到Altera公司提供的NIOS II处理器中，并通过NIOS II对该模块进行控制。
HDL语言是一种通用性很强的语言，因此这个模块具有很高的移植性，不仅可以用于大多数的Altera芯片，而且对于其它公司生产的FPGA芯片同样适用。
本设计中给出了模块与主系统的接口电路、功能逻辑电路以及外部输出端口。
1 芯片功能描述本设计实现了PWM输出和定时器/计数器两大功能，IP核将根据内部寄存器的状态选择相应的工作模式完成系统的功能。
（1）PWM工作模式。
当IP工作在PWM模式下时，模块内部计数器将计算高低电平脉冲的时间长度（或者是脉冲个数），模块根据用户自定义的PWM 输出脉冲占空比，产生具有占空比可调的二进制信号，最后以脉冲的形式输出。
（2）定时器/计数器工作形式。
当IP工作在定时器模式下时，芯片内部的32位定时器/计数器模块开始计数时钟周期的个数，当时钟周期数达到内部寄存器的预设的数值，则产生一个中断信号。
该信号可以被主系统识别，并产生相应的中断功能。
定时/计数的模式有单一循环和连续循环两种方式，并有内部系统时钟源和外部时钟源供选择，工作方式与时钟源的选择通过置位控制寄存器相应的位来选择。
基于FPGA的PWM直流电机控制器开发
中文摘要摘要本设计是基于FPGA的PWM直流电机控制器开发，采用FPGA 芯片设计数字硬件PWM直流电机控制器。
其具有两种控制方式可供选择，分别是单片机控制或者上位机控制，系统通过调节直流电机的平均电压方法实现对直流电机调速控制，PWM直流电机控制器可以提供8路独立的PWM控制信号，并且每一路PWM信号均可以独立调节，能同时控制8个直流电机工作/停止、正反转及实现直流电机转速调节。
本设计主要包括硬件和软件两大部分。
硬件部分主要包括PWM控制电路、RS—232串行接口和电机驱动电路。
软件部分主要分为三大部分：第一部分是PWM的控制模块程序；第二部分是上位机的VB 界面及串行通讯控制程序；第三部分是单片机的串行通讯程序。
关键词：直流电机控制器PWM FPGAI英文摘要AbstractThe design is the title of the control exploitation of DC Motor Using Pulse-Width Modulation Based on FPGA. FPGA chip design using digital hardware PWM DC motor controllers. Its control with two options, namely the MCU control or PC control, the system through the adjustment of the average voltage direct current method of DC motor speed control, PWM DC motor controller can provide 8 independent PWM Control signals, and each path can be independent PWM signal conditioning, can simultaneously control of eight motor work / stop, and achieving positive and DC motor speed regulation.The design of hardware and software including the two most. Hardware including main PWM control circuit, RS-232 serial interface and the motor drive circuit. Some software can be divided into three parts: The first part is the PWM control module; PC is the second part of the VB interface and serial communication control procedures; SCM is the third part of the serial communication procedures.Key Words:DC motor based PWM FPGAII目录目录第1章绪论 (1)第2章整体方案设计 (3)2.1 设计任务 (3)2.2.设计方案论证 (3)2.3设计方案结构框图 (5)第3章硬件电路设计 (7)3.1 PWM控制模块电路设计 (7)3.1.1 芯片的选择 (7)3.1.2 PWM控制模块电路设计 (7)3.2单片机控制模块设计 (9)3.2.1 AT89S51芯片性能 (9)3.2.2 单片机控制模块电路设计 (11)3.3串行通讯电平转换电路设计 (12)3.3.1 芯片选择 (12)3.3.2串行通讯电平转换电路设计 (13)3.4电机驱动电路设计 (13)3.4.1直流电机特点 (13)3.4.2直流电机驱动电路设计 (15)第4章控制系统的软件开发 (17)4.1 PWM控制模块的控制元件及后台程序 (17)4.1.1 UART接收状态机元件设计 (17)4.1.2源程序文件的编译和封装 (18)4.1.3.创建工程 (22)4.1.4 UART发送状态机元件设计 (23)4.1.5建立嵌入式锁相环元件设计 (25)4.1.6 数据存储器的设计 (26)4.1.7 地址计数器的设计 (29)4.1.8按地址分配数据元件设计 (30)4.1.9数字比较器元件设计 (32)4.1.10锯齿波发生器元件设计 (33)4.1.11 二选一选择输出器元件设计 (33)4.1.12 时钟选择元件设计 (34)4.2 上位机串行通讯控制程序设计 (36)4.2.1 MSComm控件简介 (36)i目录4.2.2 MSComm控件提供的串行通讯方式 (36)4.2.3 上位机与PWM控制模块的串行通讯程序 (37)4.3单片机与PWM控制模块的串行通信程序设计 (38)第5章系统调试 (41)5.1 八路各自独立的PWM波形产生的调试 (41)5.2 PWM控制模块与上位机通讯的调试 (42)5.3 单片机对控制系统的程序控制 (43)结论 (44)参考文献............................................................................................ 错误！未定义书签。
fpga ip核设计流程
fpga ip核设计流程
FPGA IP核设计流程一般包括以下步骤：
1. 需求分析：明确IP核的设计要求和功能，为后续设计提供指导。
2. 架构设计：根据需求分析，设计IP核的架构，包括数据路径、控制逻辑、接口等。
3. 硬件描述语言编写：根据架构设计，使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）编写IP核的代码。
4. 仿真测试：使用仿真工具对IP核代码进行测试，确保其功能正确。
5. 综合：将硬件描述语言代码转化为FPGA上的逻辑门级网表，以便于布局布线。
6. 布局布线：将综合后的网表在FPGA上布局布线，生成配置文件。
7. 配置加载：将配置文件下载到FPGA中，进行实际测试验证。
8. 文档编写：编写IP核的使用手册和技术文档，便于用户使用和维护。
以上是FPGA IP核设计的基本流程，具体实现过程可能会因不同的设计需
求和工具而有所差异。
基于FPGA实现的多路PWM设计
（上接 114 页） 图 6 理想 SPWM 波形与实测波形的比较
图 6 中理想的 SWPM 波形通过 MATLAB 仿真得到的半 周期正弦波的 SPWM 波形，下面一张是最后 FPGA 输出的实 测波形，也只截取了半个正弦周期。从图中对比可以看出实测 输出的 SWPM 波形正确不误，很好完成了系统设计的功能。
tchar = tchar << （31 - j）； tchar = tchar >>> 31； aisBitSet[i * 6 + 5 - j] = Math.abs （tchar）； tchar = cchar； } } } 该算法传入的参数是被封装后的 AIS 信息，将该封装的 信息解析后得到的是二进制数组，再根据不同电文的信息结 构，提取出二进制数组中数据，转换成 ASCII 码，即可还原 被封装的信息。 五、计算机实验和结论
了多路 PWM 输出。此实现方法具有硬件设计简单、运行速度快、成本低等优点。同时由于 FPGA 可重复编程的特
点，可以对它进行在线修改、调试和运行。
关键词：PWM；FPGA；VerilogHDL
中图分类号：TP311
文献标识码：A
文章编号：1006-7973（2008）10-0113-03
一、引言
PWM 是脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation）的 简称，它在自动控制和计算机技术领域中都有广泛的应用。 在电机控制、交流检测等实际应用系统中，PWM 是整个系 统的技术核心。因此，设计支持 PWM 输出的芯片（或独立 的电路功能模块）实用价值很大。
图 5 单相 PWM 发生功能 10uS（0-10uS）时序仿真测试结果
为了验证所设计的 PWM 发生器发出的，特对其进
基于FPGA的直流电机PWM调速系统设计实现分析
基于FPGA的直流电机PWM调速系统设计实现分析1.引言直流电机广泛应用于各个领域，如工业控制、机器人等。
调速系统是直流电机应用中非常重要的一部分，直流电机的调速在一定范围内能够满足不同负载需求。
本文将介绍基于FPGA的直流电机PWM调速系统的设计实现分析。
2.系统设计2.1系统架构设计基于FPGA的直流电机PWM调速系统主要包括FPGA、PWM控制器、驱动电路和直流电机。
其中，FPGA负责进行调速算法的运算和时序控制，PWM控制器用于生成PWM信号，驱动电路控制直流电机的转速和方向。
2.2算法设计调速算法一般采用PID控制算法，通过测量直流电机的转速和负载情况，计算出PWM占空比，并调整PWM信号的频率和占空比以实现电机的调速。
在FPGA中，可以使用硬件描述语言（HDL）进行算法实现。
使用VHDL或Verilog等HDL语言，编写PID控制器、计数器和状态机等模块，实现调速算法的运算和时序控制。
3.系统实现3.1FPGA的选择FPGA是可编程逻辑芯片，具有灵活性和高性能的特点。
在选择FPGA 时，需要考虑系统的性能需求、资源使用和开发成本等因素。
常用的FPGA型号包括Xilinx系列和Altera（Intel）系列等。
3.2PWM控制器设计PWM控制器的设计主要包括频率和占空比的控制。
可以使用计数器和状态机实现PWM信号的生成。
计数器用于计数并产生PWM控制信号的频率，状态机用于控制计数器并调整PWM占空比。
3.3驱动电路设计驱动电路主要负责将FPGA生成的PWM信号转化为适合驱动直流电机的电压和电流信号。
驱动电路一般包括功率放大器、H桥驱动模块和电流反馈模块等。
通过控制H桥驱动模块的开关，可以实现直流电机的正反转和调速功能。
4.总结本文介绍了基于FPGA的直流电机PWM调速系统的设计实现分析。
通过使用FPGA进行调速算法的运算和时序控制，实现了对直流电机的精确调速。
系统设计包括FPGA选择、PWM控制器设计和驱动电路设计等。
基于FPGA的PWM控制器设计
FPGA实验报告基于FPGA的PWM控制器设计1设计任务与要求1。
1掌握PWM技术原理；了解PWM控制方法及应用；完成基于FPGA的PWM控制器设计。
1。
2通过课程设计的实践,进一步理解和掌握硬件描述语言（VHDL或Verilog)和TOP-DOWN的设计流程，提高对实际项目的分析和设计能力，体会FPGA项目的过程,熟悉实验报告的编写规范。
2设计原理分析2。
1利用FPGA语言编写程序实现对50MHZ的硬件晶振进行分频和调节占空比.对硬件晶振的上升沿就行计数，当2nHZ频率利用高低电平进行分频时，当计数到n-1是对原电平进行反向就可以实现分频。
占空比是对上升沿的计数是两个不同的数值时进行反向。
2。
2脉宽调制(PWM）基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。
也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小,也可改变输出频率.例如,把正弦半波波形分成N等份,就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。
这些脉冲宽度相等,都等于∏/n ，但幅值不等,且脉冲顶部不是水平直线,而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替,使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合,且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（即冲量）相等,就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。
可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。
根据冲量相等效果相同的原理,PWM波形和正弦半波是等效的。
对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形.在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交－直－交变频器中，PWM 逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。
基于FPGA的直流电机PWM控制器设计
基于FPGA的直流电机PWM控制器设计基于FPGA的直流电机PWM控制器设计摘要：利用FPGA可编程芯片及Verilog HDL语言实现了对直流电机PWM控制器的设计，对直流电机速度进行控制。
介绍了用Verilog HDL语言编程实现直流电机PWM控制器的PWM产生模块、转向调节模块等功能，该系统无须外接D／A转换器及模拟比较器，结构简单，控制精度高，可方便对电机进行远程控制，有广泛的应用前景。
关键词：FPGA；PWM；直流电机；实验0 引言传统的方法产生PWM信号电路比较复杂。
数字PWM控制只需FPGA中的内部资源就可以实现。
本文介绍了一种用单片大规模FPGA 实现的PWM发生的直流电机控制器，其中产生的PWM波具有脉冲中心对称、PWM 周期和死区时间可编程等特点，且性能优异，灵活性和可靠性高。
用数字比较器代替模拟比较器，数字比较器的一端接设定值计数器的输出，另一端接线性递增计数器输出。
当线性计数器计数值小于设定值时输出低电平，大于设定值时输出高电平。
与模拟控制相比，省去了外接的D／A转换器和模拟比较器，FPGA外部连线很少，电路更加简单。
而且通过总线数据或按键控制在系统调整脉宽数及数字比较器的设定值，从而实现对电机转速、波动性等参数的灵活控制。
1 系统整体设计系统的整体框图如图1所示。
该系统以FPGA芯片为控制核心，通过按键或上位机设定电机速度和PWM占空比，由FPGA的I/O口控制直流电机驱动芯片驱动直流电机的转动。
转速的测量由码盘完成，速度显示数码管来实现。
本系统是基于实现电机的恒速调节而进行设计的。
系统分以下几个模块：转速调节模块，脉宽调制(PWM)模块，速度检测模块，在图2中所示的FPGA是根据设计要求设计好的一个芯片，其内部逻辑电路如图3。
START是电机的开启端，U_D控制电机加速与减速，EN1用于设定电机转速的初值，Z_F是电机的方向端口，选择电机运行的方向。
CLK2和CLK0是外部时钟端，其主要作用是向FPGA 控制系统提供时钟脉冲，控制电机进行运转。
基于fpga的pid控制器的设计与实现
基于fpga的pid控制器的设计与实现
基于FPGA的PID控制器的设计与实现可以分为以下几个步骤：
1. 确定PID控制器的输入和输出。
PID控制器的输入一般为被
控对象的当前状态以及目标状态，输出为控制信号。
根据具体应用场景确定PID控制器的输入和输出。
2. 设计PID控制算法。
PID控制算法是PID控制器的核心，可以根据被控对象的数学模型和控制要求来设计。
常见的PID
控制算法包括增量式PID控制算法、位置式PID控制算法等。
3. 在FPGA上实现PID控制器。
首先，根据PID控制算法设
计PID控制器的结构，包括比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分。
然后，使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）
来实现PID控制器的功能，并根据需要进行时钟与时序设计。
最后，编译、综合和实现设计，生成可在FPGA上运行的bit
文件。
4. 连接被控对象与FPGA。
将FPGA的输出信号连接到被控对
象的执行机构上，确保PID控制器的输出能够对被控对象产
生控制作用。
5. 调试与优化。
通过实际测试和调试，验证PID控制器的性能，并根据实验结果进行调整和优化，以达到预期的控制效果。
值得注意的是，在设计和实现基于FPGA的PID控制器时，
需要根据具体的应用需求和系统环境进行合理的设计和调整，以充分发挥FPGA在高速、实时控制方面的优势。
基于FPGA的多路PWM实验报告
基于FPGA的多路PWM实验报告一、原理
选择了基于FPGA的多路PWM的课题后，首先收集PWM调制的原理。
PWM调制就是脉冲宽度调制，也就是调节信号的占空比。
如果输入是模拟信号，可以对模拟信号采样，用瞬时采样值控制矩形脉冲（时钟信号）的占空比，于是就得到了PWM调制信号。
所以我们课题主要要实现的是通过一个控制信号来获得不同占空比的时钟信号。
而多路PWM即是同时有多个输出，只需要增加输出端口就可以。
要获得不同占空比的时钟信号，我们采用的是对一个高频时钟进行分频的方法。
然后我们自学Verilog的分频方法，在课题中采用了比较简单的十分频，实现不同占空比的时钟信号。
在获得基本的PWM调制的时钟信号后，我们开始在软件quartus I I上用verilog 实现功能。
之后用modelsim仿真功能。
n分频：把频率变为原频率的n分之一。
二：遇到的问题（如果需要用到这些的话）
1、软件安装学习等
2、Verilog的问题
忘记了分号结尾，用错了阻塞赋值，在always中进行了实例化，实例化错误，分频一开始计数错误等
三：verilog代码组成
1定义模块名称
2在名称后端括号里定义硬件的输入输出端口
3在括号外定义输入输出变量类型及名称
4在always模块中实现功能（分频）
5在always模块外面实例化功能（可以不用）其中一个实例化了分频信号输出，分频模块没有实例化。
基于FPGA的PWM控制器设计
FＰGA实验报告基于FPＧＡ得ＰWM控制器设计1设计任务与要求1、1掌握PWM技术原理;了解PＷＭ控制方法及应用;完成基于FPGA得PWM控制器设计。
1、2通过课程设计得实践,进一步理解与掌握硬件描述语言(VHDL或Ｖerilog)与TOP-DOＷN得设计流程,提高对实际项目得分析与设计能力，体会FＰGA项目得过程，熟悉实验报告得编写规范。
2设计原理分析２、1利用FＰGA语言编写程序实现对5０ＭHZ得硬件晶振进行分频与调节占空比。
对硬件晶振得上升沿就行计数,当2nＨZ频率利用高低电平进行分频时，当计数到n-1就就是对原电平进行反向就可以实现分频。
占空比就就是对上升沿得计数就就是两个不同得数值时进行反向。
2、2脉宽调制(PWM)基本原理:控制方式就就就是对逆变电路开关器件得通断进行控制,使输出端得到一系列幅值相等得脉冲,用这些脉冲来代替正弦波或所需要得波形。
也就就就是在输出波形得半个周期中产生多个脉冲,使各脉冲得等值电压为正弦波形,所获得得输出平滑且低次谐波少。
按一定得规则对各脉冲得宽度进行调制,即可改变逆变电路输出电压得大小，也可改变输出频率。
ﻫﻫ例如，把正弦半波波形分成Ｎ等份,就可把正弦半波瞧成由Ｎ个彼此相连得脉冲所组成得波形。
这些脉冲宽度相等,都等于∏/n ，但幅值不等,且脉冲顶部不就就是水平直线,而就就是曲线,各脉冲得幅值按正弦规律变化。
如果把上述脉冲序列用同样数量得等幅而不等宽得矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲得中点与相应正弦等分得中点重合，且使矩形脉冲与相应正弦部分面积(即冲量）相等，就得到一组脉冲序列,这就就就是PWM波形。
可以瞧出,各脉冲宽度就就是按正弦规律变化得。
根据冲量相等效果相同得原理，PＷM波形与正弦半波就就是等效得。
对于正弦得负半周,也可以用同样得方法得到PＷM波形。
在PWＭ波形中,各脉冲得幅值就就是相等得，要改变等效输出正弦波得幅值时,只要按同一比例系数改变各脉冲得宽度即可，因此在交－直-交变频器中,PWM 逆变电路输出得脉冲电压就就就是直流侧电压得幅值。
基于FPGA直流电机的PWM控制 - 毕业设计
基于FPGA直流电机的PWM控制 - 毕业设计基于FPGA直流电机的PWM控制Based on FPGA direct current machine's PWMcontrol rotational摘要EDA技术是用于电子产品设计中比较先进的技术，可以代替设计者完成电子系统设计中的大部分工作，而且可以直接从程序中修改错误及系统功能而不需要硬件电路的支持，既缩短了研发周期，又大大节约了成本，受到了电子工程师的青睐。
实现直流电机转速的控制方法很多，可以用可编程序控制器PLC、单片机等方案来实现。
但是这些控制方法的功能修改及调试都需要硬件电路的支持，在一定程度上增加了功能修改及系统调试的困难。
因此，在设计中采用EDA技术，应用目前广泛应用的VHDL硬件电路描述语言，实现直流电机转向的控制设计，利用QuartusⅡ集成开发环境进行综合、仿真。
关键词：电子系统、硬件电路、直流电机、转向ABSTRACTEDA the technology is uses in the electronic products design the quite advanced technology, may replace the designer to complete in the electronic system design the majority of work, moreover may revise wrong and the system function directly from the procedure, but does not need hardware circuit's support, both reduced the research and development cycle, and saved the cost greatly, has received the electronic engineer's favor.Realizes the direct current machine rotational speed control method to be many, may use programmable plans and so on controller PLC, monolithicintegrated circuit to realize. But these control method's function revisionand the debugging needed hardware circuit's support, to increase the functionrevision and the system debugging difficulty to a certain extent. Therefore, uses the EDA technology in the design, the application present widespread application VHDL hardware circuit description language, realizes control design which the direct current machine changes, uses QuartusⅡThe integrated development environment carries on the synthesis, the simulation.Key word：EDA、VHDL、QuartusⅡ、the direct current machine、realizescontrol1目录前言 ........................................................................... ....... 3 第一章 PWM技术 .............................................................. 4 第二章 EDA 简要介绍 .. (6)§2.1 EDA技术的发展历程 (6)§2.2 EDA技术的主要内容 ............................................. 8 §2.3 EDA技术的发展趋势 ............................................. 9 第三章硬件描述语言 VHDL . (11)§3.1 VHDL语言概况 (11)§3.2 VHDL硬件程序结构 ............................................ 13 §3.3 VHDL语言的特点................................................ 16 第四章QuartusII开发系统 (17)§4.1 QuartusII设计流程： (17)§4.2 QuartusII的设计特点 ........................................... 20 第五章本设计中所用到的各基本原件的程序及仿真波形............................................................................ .. (22)§5.1 八位计数器 .........................................................22 §5.2 A_D转换器 ..........................................................23 §5.3 比较器................................................................. 25 §5.5 元件组合完成电机方向转换的仿真 ..................... 28 结论 ........................................................................... ..... 31 参考文献 .............................................. 错误！未定义书签。
基于fpga的直流电机pwm控制实现
基于fpga的直流电机pwm控制实现基于fpga的直流电机pwm控制实现《基于FPGA的直流电机PWM控制实现》课程设计总结报告一、课题名称《基于FPGA的直流电机PWM控制实现》二、设计任务 1.设计驱动电路来驱动直流电机 2.显示调速等级 3.测速电路基于L298N驱动直流电机设计三、系统总体设计方案（画出系统原理框图、方案的论证与比较等内容）；1. 系统原理框图PLL20 分频8位计数PWM脉宽调制信号发生输出PWM波形译码4位计数消抖调速开关转速控制输出输出转速8位寄存器两个十位计数器频率计控制 2. PWM的实现与比较一般的脉宽调制PWM信号是通过模拟比较器产生的，比较器的一端接给定的参考电压，另一端周期线性增加的锯齿波电压。
当锯齿波电压小于参考电压时输出低电平，当锯齿波电压大于参考电压时输出高电平。
改变参考电压就可以改变PWM波形中高电平的宽度。
若用单片机产生的PWM信号波形，需要通过D/A转换器产生锯齿波电压和设置参考电压，通过外接模拟比较器输出PWM波形，因此外围电路比较复杂。
FPGA中的数字PWM控制欲一般的模拟PWM控制不同。
用FPGA产生PWM波形，只需FPGA内部资源就可以实现。
用数字比较器代替模拟比较器，其一端接设定值计数器输出，另一端接线性递增计数器输出。
当线性计数器的计数值小于设定值时输出低电平，当计数值大于设定值时输出高电平。
与模拟控制比较，省去了外接的D/A转换器和模拟比较器，FPGA外部连线很少，电路更加简单，便于控制。
脉宽调制式细分驱动电路的关键是脉宽调制，转速的波动随着PWM脉宽系法术的增大而减小。
四、具体实现方案（各模块或单元电路的设计、工作原理阐述等内容）； 1. PWM脉宽调制信号发生模块PWM-SQU1 此模块是FPGA中的PWM脉宽调制信号产生电路。
它的输出接一电机转向控制电路模块，此模块输出的两个端口接直流电机。
通过控制SL端（键1），可以改变电机转向。
基于FPGA的PWM计数器改进设计
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
简单改变 FPGA 计数器规格使作为 DAC 功能 PWM 计数器的纹波降 低。 当需要一些模拟输出和系统中有 FPGA 时，很可能选择使用如图 1 的 PWM 模块和简单低通滤波器。FPGA 的输出是固定频率、计数器和数字 比较器使占空比可变的典型波形(表 1)。 假设高信号使能，计数器每个时钟周期进行计数，PWM 输出的频率 为时钟频率的 2 次幂分频。通过连接前置比例器，使用使能来降低输出频率。
由于输出频率固定，滤波器容易计算。已知占空比 50%时，出现最坏的纹波。 最大纹波和上升时间的限制结合决定滤波器类型和 RC(电阻/电容)值。 对表 1 中编码进行非小改动，能够改进 PWM 电路的性能。但在原先 系统中，最大纹波电流发生在 50%占空比时，最小纹波电流发生在最小占空 比时，改进的版本显示最大纹波等于标准版的最小值。关键是产生最高频率 的可能性，还能保持平均的占空比常数。输出脉冲频率越高，滤波器性能越 好。 从左到右交换所有位来修改由重编二进制比较器组成表 1。MSB(最 高有效位)变成 LSB(最低有效位)，LSB 变成 MSB，等等(表 2)。只需重编位， 而不需额外寄存器或逻辑单元。
表 3 显示了 4 位 PWM 发出的脉冲序列。表 3 中，可以看到 50%占空 比时(第二列，值为 8)，频率最大，为时钟频率的 2 分频。在第一个纹波出现 点(第二列，值为 1)，传统 PWM 系统中有同样的纹波，也就是说，脉冲序列 是相同的。
Actel+FPGA的PWM+IP的应用
脉冲宽度调制(PWM)是英文“Pluse Width Modulation”的缩写，简称脉宽调制。
它是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，根据相应的载荷的变化来调制晶体管栅极或基极的偏置，来实现开关稳压电源输出晶体管或晶体管导通时间的改变。
这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，广泛应用于测量、通信、功率控制与变化等许多领域。
Actel公司免费提供PWM IP核：Core PWM。
Core PWM是基于APB总线形式的，它的优点是可以连接到Core8051或者是CortexM1处理器上，方便用户进行SoC设计，本文将主要介绍Core PWM的原理与应用。
1. Core PWM介绍(1) PWM的控制方法采样控制理论中有一个重要结论：量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，效果基本相同。
PWM控制技术就是以该结论为理论基础，对半导体开关器件的导通和关断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等而宽度不相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或其他所需要的波形。
按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
现在，PWM控制技术主要有8种，分别为：相电压控制PWM、线电压控制PWM、电流控制PWM、空间电压矢量控制PWM、矢量控制PWM、直接转矩控制PWM、非线性控制PWM和谐振软开关PWM。
在这里要重点介绍一下相电压控制PWM中的等脉宽PWM法。
VVVF(Variable Voltage Variable Frequency)装置在早期是采用PAM(Pulse Amplitude Modulation)控制技术来实现的，其逆变器部分只能输出频率可调的方波电压而不能调压，等脉宽PWM法正是为了克服PAM法的这个缺点发展而来的，是PWM法中最为简单的一种，它是把每一脉冲的宽度均相等的脉冲列作为PWM波，通过改变脉冲列的周期可以调频，改变脉冲的宽度或占空比可以调压，采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化，相对于PAM法，该方法的优点是简化了电路结构，提高了输入端的功率因数，但同时也存在输出电压中除基波外，还包含较大的谐波分量。
基于FPGA的PWM与定时计数器IP核的设计
基于FPGA的PWM与定时计数器IP核的设计
匡石;方千山
【期刊名称】《电子测试》
【年(卷),期】2008(000)009
【摘要】基于硬核嵌入式CPU中的PWM/定时计数器模块与FPGA的广泛应用,本文提出了一种软件式的PWM/定时计数器数字逻辑电路的设计思想.用硬件描述语言HDL编写总线接口、功能逻辑与外部I/O电路,并描述了硬件驱动程序的设计过程.对其结果进行了软件仿真并定制到NIOS II中进行调试,实验结果证明,该设计具有很好的实际效果.
【总页数】4页(P53-56)
【作者】匡石;方千山
【作者单位】华侨大学机电及自动化学院,泉州,362021;华侨大学机电及自动化学院,泉州,362021
【正文语种】中文
【中图分类】TP39
【相关文献】
1.可编程定时计数器8254的IP软核设计 [J], 张义伟;韩威
2.基于FPGA的可编程定时器/计数器8253的设计与实现 [J], 闫永志;刘伟;何方
3.基于Avalon总线的计数器接口IP核设计及应用 [J], 罗乃好;吴化柱
4.基于FPGA的PLC并行执行定时器/计数器的设计 [J], 徐晓宇;李克俭;蔡启仲;潘
绍明;余玲
5.基于FPGA的三电平SVPWM IP核的设计 [J], 王印秋;常国祥;刘岫岭
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基于FPGA的可编程PWM电路设计
基于FPGA的可编程PWM电路设计从图1所示的PWM电路总体结构可以看出，该PWM电路主要由模块片选译码、控制规律、读写规律、通道等四个模块组成。
2.1 模块片选译码该模块主要通过地址信号Addr与片选信号Cs_b的组合规律电路生成内部各子模块的片选信号(ControlLogic，3个通道：Channel2，Channel1，Channel0)。
2.2 控制规律该模块主要产生通道内部Regs片选控制信号及各通道的输出控制信号，同时完成精简地址线的操作。
每个通道都包含各自自立的4个16 bits的寄存器，包括正向信号长度、负向信号长度、死区长度、周期长度等。
因为控制字寄存器为8 bits，因此．囫囵芯片起码占用3×4×2+1=25个地址(每个地址存储8 bits 数据)，传统做法起码需要5根地址线译码，而采纳区别数据信息类型(控制字，数据字)的方式则可将地址线精简到2根。
相对单片机紧缺的外面地址资源来说，其益处是自不待言的。
详细来说，通过对写人ControlRegister(控制字寄存器)的值举行分析，结合数据传输宽度生成内部Regs片选控制信号，就可以通过控制字信息来完成内部Regs 的地址译码，同时反馈被操作的寄存器信息到RWLogic模块，从而完成8／16bits的数据读写操作。
值得注重的是，因为PWM内部包含了3个彻低一样的自立通道，因此，为了更便利的对控制字举行操作，通过对控制字寄存器的分析，可用控制规律电路自动将当前被操作通道的控制寄存器信息存储在对应的控制寄存器中备份。
这样既便利在编程中灵便地操作各通道，又可避开读写过程中的误修改非相干通道的控制信息。
2.3 读写规律该模块用于处理外部数据Data[15：0](包括外部为16位或8位数据总线衔接方式)到内部DataInternal[15：0]的转换。
当DataWidth为1时，采纳16 bits的数据传输；当DataWidth为0时，采纳8 bits 数据传输。