PWM-signaalien tuottaminen vaihtelevalla käyttöjaksolla FPGA: n avulla

Tässä artikkelissa selitetään pulssinleveyden moduloinnin luominen signaalit vaihtelevalla työjaksolla FPGA: lla VHDL: n avulla. PWM: llä on kiinteä taajuus ja vaihteleva jännite. Tässä artikkelissa käsitellään myös digitaalisen kellon hallintaa kellotaajuuden pienentämiseksi vähentämällä kellosignaalin vinoutta. Kiinteää taajuutta käytetään tuottamaan tulodata, joka tuottaa PWM-signaalit vertailijan avulla. Elektroniikkayritykset suunnittelevat tuotteilleen omistetun laitteiston standardeillaan ja protokollillaan, mikä tekee loppukäyttäjille haastavaksi konfiguroida laitteistot uudelleen heidän tarpeidensa mukaan. Tämä laitteistovaatimus johti uuden asiakkaan konfiguroitavan segmentin kasvuun kentällä ohjelmoitavat integroidut piirit, nimeltään FPGA .

Pulssileveyden modulointi (PWM)

Pulssileveyden modulointia käytetään laajalti viestinnän ja ohjausjärjestelmät . Pulssileveyden modulointi voidaan tuottaa käyttämällä erilaisia ​​lähestymistapoja ohjausjärjestelmissä. Tässä, tässä artikkelissa, PWM luodaan VHDL (Hardware Description Language) -tekniikalla ja toteutetaan FPGA: lle. PWM: n käyttöönotto FPGA: lla voi käsitellä tietoja nopeammin ja ohjaimen arkkitehtuuri voidaan optimoida tilaa tai nopeutta varten.

PWM on tekniikka, jolla saadaan logiikka '0' ja logiikka '1' hallituksi ajaksi. Se on signaalilähde, johon sisältyy sen toimintajakson modulointi kuormalle lähetetyn tehon määrän säätämiseksi. PWM: ssä neliöaallon aikajakso pidetään vakiona ja aika, jonka signaali pysyy KORKEAna, vaihtelee.

PWM tuottaa pulssit ulostulolleen siten, että HIGH- ja LOWs-arvojen keskiarvo on verrannollinen PWM-tuloon. Signaalin toimintajaksoa voidaan vaihdella. PWM-signaali on vakiojaksoinen neliöaalto, jonka käyttöjakso vaihtelee. Toisin sanoen PWM-signaalin taajuus on vakio, mutta signaalin aikajakso pysyy korkeana ja vaihtelee kuvan mukaisesti.

PWM-signaali

VHDL

VHDL on kieli, jota käytetään kuvaamaan digitaalisten piirien mallit . Teollisuus ja tutkijat käyttävät VHDL: ää digitaalisten piirien simulointiin. Sen suunnittelu voidaan simuloida ja kääntää muodossa, joka soveltuu toteutettavaksi laitteistossa.

PWM-arkkitehtuuri

Tuottaa tulodata PWM: n muodostamiseksi käyttämällä nopeaa N-bittistä vapaata juoksulaskuria, jonka lähtöä verrataan rekisterilähtöön ja joka tallentaa halutun tulotehon syklin vertailijan avulla. Vertailija ulostuloksi asetetaan 1, kun molemmat arvot ovat samat. Tätä vertailulähtöä käytetään RS-salvan asettamiseen. Laskurin ylivuotosignaalia käytetään RS-salvan nollaamiseen. RS-salvan lähtö antaa halutun PWM-lähdön. Tätä ylivuotosignaalia käytetään myös uuden N-bittisen työjakson lataamiseen rekisteriin. PWM: llä on kiinteä taajuus ja vaihteleva jännite. Tämä jännitearvo muuttuu 0 V: sta 5 V.

PWM-signaali vaihtelevalla käyttöjaksolla

Perus-PWM tuottaa signaalit, mikä antaa PWM-lähdön, vaatii vertailijan, joka vertaa kahta arvoa. Ensimmäinen arvo edustaa N-bittilaskurin muodostamaa neliösignaalia ja toinen arvo edustaa neliösignaalia, joka sisältää tiedot työjaksosta. Laskuri tuottaa kuormitussignaalin aina, kun ylivuoto tapahtuu. Kun kuormasignaali aktivoituu, rekisteri lataa uuden työjakson arvon. Kuormasignaalia käytetään myös salvan nollaamiseen. Salpaulostulo on PWM-signaali. Tämä vaihtelee käyttöjakson arvon muutoksen mukaan.

Mikä on FPGA?

FPGA on kentällä ohjelmoitava Gate Array. Se on eräänlainen laite, jota käytetään laajalti elektronisissa piireissä. FPGA: t ovat puolijohdelaitteet jotka sisältävät ohjelmoitavia logiikkalohkoja ja kytkentäpiirejä. Se voidaan ohjelmoida tai ohjelmoida tarvittavaan toimintoon valmistuksen jälkeen.

FPGA

FPGA: n perusteet

Kun piirilevy valmistetaan ja jos se sisältää FPGA: n osana sitä. Tämä ohjelmoidaan valmistusprosessin aikana, ja se voidaan ohjelmoida myöhemmin myöhemmin päivityksen luomiseksi tai tarvittavien muutosten tekemiseksi. Tämä FPGA-ominaisuus tekee siitä ainutlaatuisen ASIC: ltä. Sovelluskohtaiset integroidut piirit (ASIC) on räätälöity tiettyä suunnittelutehtävää varten. Aikaisemmin FPGA: ita käytetään kehitettäessä pienen nopeuden, monimutkaisuuden ja äänenvoimakkuuden suunnittelua, mutta nykyään FPGA työntää helposti suorituskyvyn esteen jopa 500 MHz: iin.

Mikrokontrollereissa siru on suunniteltu asiakkaalle, ja heidän on kirjoitettava ohjelmisto ja käännettävä se hex-tiedostoksi ladattavaksi mikro-ohjaimelle. Tämä ohjelmisto voidaan helposti korvata, koska se on tallennettu flash-muistiin. FPGA: ssa ei ole prosessoria ohjelmiston ajamiseksi, ja me suunnittelemme piirin. Voimme konfiguroida niin yksinkertaisen FPGA: n kuin AND-portti tai monimutkainen kuin moniydinsuoritin. Suunnittelun luomiseksi kirjoitamme Hardware Description Language (HDL) -kielen, joka on kahden tyyppinen - Verilog ja VHDL. Sitten HDL syntetisoidaan bittitiedostoksi BITGEN-toiminnolla FPGA: n määrittämiseksi. FPGA tallentaa kokoonpanon RAM-muistiin, eli kokoonpano menetetään, kun virtayhteyttä ei ole. Siksi ne on määritettävä aina, kun virtaa syötetään.

FPGA: n arkkitehtuuri

FPGA: t ovat esivalmistettuja piipiirejä, jotka voidaan ohjelmoida sähköisesti digitaalisten mallien toteuttamiseksi. Ensimmäistä staattista muistipohjaista FPGA: ta, nimeltään SRAM, käytetään sekä logiikan että yhteenliittämisen konfigurointiin konfigurointibittien virran avulla. Tämän päivän moderni EPGA sisältää noin 330 000 logiikkalohkoa ja noin 1100 tuloa ja lähtöä.

FPGA-arkkitehtuuri

FPGA: n arkkitehtuuri koostuu kolmesta pääkomponentista

• Ohjelmoitavat logiikkalohkot, jotka toteuttavat logiikkatoiminnot
• Ohjelmoitava reititys (yhdistää), joka toteuttaa toiminnot
• I / O-lohkot, joita käytetään sirun ulkopuolisten yhteyksien luomiseen

PWM-signaalien sovellukset

PWM-signaaleja käytetään laajalti ohjaussovelluksissa. Kuten DC-moottoreiden, säätöventtiilien, pumppujen, hydrauliikan jne. Ohjaaminen. Tässä on muutamia PWM-signaalien sovelluksia.

• Lämmitysjärjestelmät, joiden hitaat ajat ovat 10 - 100 Hz tai enemmän.
• DC-sähkömoottorit 5-10 kHz
• Virtalähteet tai äänenvahvistimet 20-200 KHz.

Tässä artikkelissa on kyse PWM-signaalien tuottaminen vaihtelevalla käyttöjaksolla FPGA: ta käyttämällä. Lisäksi, jos tarvitset apua sähköisiin projekteihin tai epäilet tätä artikkelia, ota meihin yhteyttä kommentoimalla alla olevaa kommenttiosaa.