Ez a cikk elmagyarázza a impulzusszélesség moduláció generálása jelek változó munkaciklusú FPGA-n VHDL segítségével. A PWM rögzített frekvenciával és változó feszültséggel rendelkezik. Ez a cikk azt is tárgyalja, hogy a Digital Clock Manager hogyan csökkenti az órajel frekvenciáját az órajel ferdeségének csökkentésével. Rögzített frekvenciával állítják elő azokat a bemeneti adatokat, amelyek komparátor segítségével állítják elő a PWM jeleket. Az elektronikus vállalatok a termékeiknek szánt hardvert szabványaikkal és protokolljaikkal tervezik, ami a végfelhasználók számára kihívást jelent a hardver újrakonfigurálására az igényeiknek megfelelően. Ez a hardverkövetelmény az ügyfelek által konfigurálható új szegmens növekedéséhez vezetett terepi programozható integrált áramkörök, FPGA-k .
Pulzusszélesség moduláció (PWM)
Az impulzusszélesség modulációt széles körben alkalmazzák a kommunikáció és ellenőrzési rendszerek . Az impulzusszélesség moduláció különböző megközelítésekkel generálható a vezérlőrendszerekben. Itt, ebben a cikkben, a PWM a Hardverleíró nyelv (VHDL) használatával jön létre, és az FPGA-n valósul meg. A PWM FPGA-val történő megvalósítása gyorsabban képes feldolgozni az adatokat, és a vezérlő architektúrája optimalizálható a tér vagy a sebesség szempontjából.
A PWM egy olyan technika, amely a „0” és az „1” logikát biztosítja ellenőrzött ideig. Ez egy olyan jelforrás, amely magában foglalja a munkaciklusának modulálását a terhelésre küldött teljesítmény mennyiségének szabályozására. A PWM-ben a négyzethullám időtartama állandó marad, és változik az az idő, amelyig a jel HIGH marad.
A PWM úgy generálja az impulzusokat a kimenetén, hogy a HIGHs és LOW átlagértéke arányos legyen a PWM bemenetével. A jel munkaciklusa változtatható. A PWM jel állandó periódusú négyzethullám változó munkaciklusú. Vagyis a PWM jel frekvenciája állandó, de a jel időtartama magas marad, és az ábrán látható módon változik.
PWM jel
VHDL
A VHDL egy nyelv, amelyet a viselkedés leírására használnak digitális áramkörök tervezése . A VHDL-t az ipar és az akadémikusok használják a digitális áramkörök szimulációjára. Tervezése szimulálható és lefordítható olyan formában, amely alkalmas hardveres megvalósításra.
PWM építészet
A PWM előállításához szükséges bemeneti adatok előállítása egy nagysebességű, N-bites, szabadon futó számláló segítségével, amelynek kimenetét összehasonlítjuk a regiszter kimenetével, és összehasonlító segítségével tároljuk a kívánt bemeneti munkaciklust. Az összehasonlító a kimenet értéke 1, ha mindkét érték megegyezik. Ezt az összehasonlító kimenetet használjuk az RS retesz beállításához. A számlálóból származó túlcsorduló jelet az RS retesz alaphelyzetbe állítására használják. A RS retesz kimenete megadja a kívánt PWM kimenetet. Ezt a túlcsordulási jelet arra is felhasználják, hogy új N-bites munkaciklust töltsön be a nyilvántartásba. A PWM rögzített frekvenciával és változó feszültséggel rendelkezik. Ez a feszültség értéke 0 V-ról 5 V-ra változik.
PWM jel változó munkaciklusú
Az alap PWM generálja a jeleket, ami megadja a PWM kimenetét, összehasonlítóra van szükség, amely összehasonlítja két értéket. Az első érték az N bitszámláló által generált négyzetjelet, a második pedig a négyzetjelet jelöli, amely a munkaciklusra vonatkozó információkat tartalmazza. A számláló generálja a terhelési jelet, ha túlcsordulás van. Amint a terhelési jel aktívvá válik, a regiszter betölti az új munkaciklus-értéket. A terhelési jelet a retesz visszaállítására is használják. A retesz kimenete PWM jel. Ez változik a munkaciklus értékének változásával.
Mi az FPGA?
Az FPGA terepi programozható kaputömb. Ez egy olyan típusú készülék, amelyet széles körben használnak az elektronikus áramkörökben. Az FPGA-k félvezető eszközök amelyek programozható logikai blokkokat és összekapcsolási áramköröket tartalmaznak. Gyártás után beprogramozható vagy átprogramozható a szükséges funkcionalitásra.
FPGA
Az FPGA alapjai
Amikor egy áramkört gyártanak, és ha FPGA-t tartalmaz annak részeként. Ez a gyártási folyamat során be van programozva, és később később újra programozható frissítés létrehozásához vagy a szükséges változtatások végrehajtásához. Az FPGA ezen funkciója teszi egyedivé az ASIC-től. Az alkalmazásspecifikus integrált áramköröket (ASIC) egyedi tervezésű feladatokhoz gyártják. Korábban az FPGA-kat az alacsony sebesség, a komplexitás és a hangerő kialakításának fejlesztésére használták, de manapság az FPGA könnyedén el tudja tolni a teljesítmény korlátját akár 500 MHz-ig.
A mikrovezérlőkben a chipet egy ügyfél számára tervezték, és nekik meg kell írniuk a szoftvert, majd hexa fájlba kell fordítaniuk, hogy betöltődjenek a mikrovezérlőre. Ez a szoftver könnyen cserélhető, mivel a flash memóriában van tárolva. Az FPGA-kban nincs processzor a szoftver futtatásához, és mi vagyunk az, aki megtervezi az áramkört. Konfigurálhatunk egy FPGA-t olyan egyszerűen, mint egy AND-kaput vagy egy komplexet, mint egy többmagos processzort. A terv elkészítéséhez kétféle típusú hardverleíró nyelvet (HDL) írunk: Verilog és VHDL. Ezután a HDL szintetizálódik egy bit fájlba egy BITGEN segítségével az FPGA konfigurálásához. Az FPGA a konfigurációt a RAM-ban tárolja, vagyis a konfiguráció elvész, ha nincs hálózati kapcsolat. Ezért minden áramellátáskor konfigurálni kell őket.
Az FPGA felépítése
Az FPGA-k előre gyártott szilícium-chipek, amelyek elektromosan programozhatók a digitális tervek megvalósításához. Az első SRAM nevű statikus memória alapú FPGA-t mind a logika, mind az összekapcsolás konfigurálására használják a konfigurációs bitek áramának felhasználásával. A mai modern EPGA körülbelül 3 30 000 logikai blokkot és körülbelül 1100 be- és kimenetet tartalmaz.
FPGA architektúra
Az FPGA architektúrája három fő összetevőből áll
- Programozható logikai blokkok, amelyek logikai funkciókat valósítanak meg
- Programozható útválasztás (összekapcsol), amely funkciókat valósít meg
- I / O blokkok, amelyek chipen kívüli kapcsolatok létrehozására szolgálnak
A PWM jelek alkalmazása
A PWM jeleket széles körben használják vezérlési alkalmazásokhoz. Mint például az egyenáramú motorok, vezérlőszelepek, szivattyúk, hidraulika stb. Vezérlése. Íme a PWM jelek néhány alkalmazása.
- Fűtési rendszerek lassú, 10–100 Hz vagy annál magasabb időkkel.
- DC villanymotorok 5-10KHz
- Tápegységek vagy hangerősítők 20–200 KHz.
Ez a cikk a PWM jelek generálása változó munkaciklussal az FPGA segítségével. Továbbá, ha bármilyen segítséget szeretne kapni az elektronikus projektekkel kapcsolatban, vagy kétségei vannak a cikkel kapcsolatban, vegye fel velünk a kapcsolatot az alább megadott megjegyzésekkel kapcsolatban.
