眨眼學(xué)會(huì)PWM

所謂PWM，就是用高電平時(shí)間和波形周期的比值代表某個(gè)數(shù)。如果這個(gè)數(shù)經(jīng)過(guò)濾波后變成了接近連續(xù)的曲線(xiàn)表現(xiàn)出來(lái)那就是DA轉(zhuǎn)換；如果通過(guò)這個(gè)比值表達(dá)的是控制電機(jī)的電壓，那么表現(xiàn)出來(lái)就是電機(jī)控制。一切可以量化的東西都可以用PWM的方式去表示，這也是PWM應(yīng)用廣泛的原因。

產(chǎn)生PWM的方法：

1.產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)器，滿(mǎn)脈沖周期后翻轉(zhuǎn)。

2.產(chǎn)生一個(gè)比較器，到達(dá)比例位置的時(shí)候輸出高電平，否則輸出低電平，整個(gè)過(guò)程見(jiàn)下圖

FPGA本質(zhì)上是數(shù)字電路。為了生成上圖的結(jié)果，所以我們需要按照上述的2步流程設(shè)計(jì)兩個(gè)電路，第一個(gè)電路是計(jì)數(shù)器，第二個(gè)電路是在計(jì)數(shù)器后面的比較器，對(duì)計(jì)數(shù)器輸出進(jìn)行監(jiān)控，一旦高于占空比對(duì)應(yīng)的計(jì)數(shù)值的時(shí)候里面變?yōu)?，其余時(shí)候?yàn)?，這樣就基本實(shí)現(xiàn)了PWM。也就對(duì)應(yīng)了下面兩段代碼：

//計(jì)數(shù)器電路，cnt_cycle就是計(jì)數(shù)器輸出計(jì)數(shù)結(jié)果 always@(posedge clk)

begin

cnt_cycle <= (cnt_cycle == (T-1)) ? 0 : cnt_cycle + 1;

end

/ 比較器電路 ,pwm_buf 為輸出PWM結(jié)果，紅色字為計(jì)數(shù)器輸入，綠色字為比較器比較線(xiàn) /

always@(posedge clk)

begin

pwm_buf <= (cnt_cycle < duty_cycle_buf) ? 1'b1 : 1'b0;

end

也就是說(shuō)，以上兩段代碼對(duì)應(yīng)的電路如下圖：

針對(duì)以上電路我要作一點(diǎn)說(shuō)明：計(jì)數(shù)器在FPGA里面的實(shí)現(xiàn)就是加法器和觸發(fā)器組成的，加法器每次對(duì)輸出+1，下一個(gè)時(shí)鐘把+1的結(jié)果給到輸出端，根本不是數(shù)電書(shū)上異步2分頻的結(jié)果！另外再次強(qiáng)調(diào)，由于FPGA的設(shè)計(jì)收到實(shí)際因素的限制，數(shù)電書(shū)上某些理模型是難以在實(shí)際中大量應(yīng)用的，所以FPGA內(nèi)部很多結(jié)構(gòu)和綜合結(jié)果都與數(shù)電書(shū)上有差異，但是數(shù)字電路的基本原理是沒(méi)有任何改變的！

PWM還差最后一點(diǎn)，因?yàn)檩斎胝伎毡瓤梢圆粩喔淖儯簿褪堑谝粡垐D的比較線(xiàn)是會(huì)上下移動(dòng)的，為了不影響我們?cè)谟?jì)數(shù)的過(guò)程中突然采集到突變的值最終導(dǎo)致，不平滑的占空比，所以占空比輸入在每個(gè)計(jì)數(shù)周期完成后才會(huì)去采集。也就是大家看到的這句：

always@(posedge clk)

begin

if(cnt_cycle == (T-1)) duty_cycle_buf <= (duty_cycle > T-1) ? T-1 : duty_cycle;

end

只有在cnt_cycle計(jì)數(shù)一個(gè)周期T的時(shí)候，占空比值才會(huì)更新，也就是比較線(xiàn)才會(huì)移動(dòng)！