基于vhdl语言的pwm

1、YIBINYIBIN UNIVERSITYUNIVERSITYEDAEDA 技术及应用期末设计报告技术及应用期末设计报告题题 目目: : PWMPWM 信号发生器的设计信号发生器的设计 专专 业业: : 电子信息科学与技术电子信息科学与技术 姓姓 名名: : 学学 号号: : 20132013 年年 1212 月月 2020 日日摘要：摘要：PWM，即脉冲宽度调制。脉冲宽度，即一个脉冲信号所占，即脉冲宽度调制。脉冲宽度，即一个脉冲信号所占时间的长度。所以脉冲宽度的调制就是调制脉冲信号的时间长度。时间的长度。所以脉冲宽度的调制就是调制脉冲信号的时间长度。一个完整的脉冲信号是有高电平部分和低电平部

2、分共两部分组成的。一个完整的脉冲信号是有高电平部分和低电平部分共两部分组成的。所以，脉冲宽度调制可以简单的理解为就是调制脉冲信号的高电平所以，脉冲宽度调制可以简单的理解为就是调制脉冲信号的高电平或者低电平时间的长度。而控制时间的长度，可以用计数器对时钟或者低电平时间的长度。而控制时间的长度，可以用计数器对时钟脉冲信号的计数来实现：通过计数器的数值设定以及对溢出信号的脉冲信号的计数来实现：通过计数器的数值设定以及对溢出信号的使用，就可以实现对脉冲信号中的高电平或者低电平的时间进行限使用，就可以实现对脉冲信号中的高电平或者低电平的时间进行限定。定。在本次设计中，一共有两个设计方案，分别用不同的器件

3、在本次设计中，一共有两个设计方案，分别用不同的器件进行设计，但其中最重要的，最关键的部分，都是有关计数器的设进行设计，但其中最重要的，最关键的部分，都是有关计数器的设计，用信号赋值的方式决定输出的电平的高低，通过相关计数器的计，用信号赋值的方式决定输出的电平的高低，通过相关计数器的数值设定，调制脉冲输出的电平的时间长度。数值设定，调制脉冲输出的电平的时间长度。关键词：关键词：1）脉冲宽度调制脉冲宽度调制2）时钟信号时钟信号3）计数器计数器4）D 触发器触发器目录目录摘要摘要-2关键词关键词-2引言引言-4设计概述设计概述-4方案论证方案论证-5源程序设计源程序设计-6方案选择方案选择-11程序

4、分析程序分析-11设计程序仿真图设计程序仿真图-12仿真分析仿真分析-13设计总结设计总结-14参考文献参考文献-14引言：引言：PWM 即脉冲宽度调制，就是利用微处理器的数字输出来即脉冲宽度调制，就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。对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。PWM 从处理器到被从处理器到被控系统信号都是数字式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字控系统信号都是数字式的，无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到最小，因此广泛应用在测量，通信和功率控形式可将噪声影响降到最小，因此广泛应用在测量，通信和功率控制与交换的许多领域。制与交换的

5、许多领域。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，其根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或化来调制晶体管基极或 MOSMOS 管栅极的偏置，来实现晶体管或管栅极的偏置，来实现晶体管或 MOSMOS 管管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。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，是利用微处理器的使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对数字信号对模拟电路模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。进行控制的一种非常有效的技术。P PWMWM 控制技术控制技

6、术以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为成为电力电子技术电力电子技术最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。最广泛应用的控制方式，也是人们研究的热点。由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合由于当今科学技术的发展已经没有了学科之间的界限，结合现代控现代控制理论制理论思想或实现无谐振波开关技术将会成为思想或实现无谐振波开关技术将会成为 PWMPWM 控制技术发展的控制技术发展的主要方向之一。主要方向之一。设计概述：设计概述：本次设计中，采用方案二进行设计。用一个信号本次设计中，采用方案二进行设计。用一个信号“CNT”来对时钟脉冲信号进行计数

7、，并且将脉冲宽度调制信号设来对时钟脉冲信号进行计数，并且将脉冲宽度调制信号设为为 PWMH 和和 PWML 两个信号。用信号两个信号。用信号:CNT，作为计数中间值。，作为计数中间值。当计数数值信号当计数数值信号 CNT 的计数数值小于其设定值的时候，每来一个时的计数数值小于其设定值的时候，每来一个时钟脉冲信号就将钟脉冲信号就将 CNT 加一，如果这个时候计数数值信号加一，如果这个时候计数数值信号 CNT 的计的计数数值也小于或等于数数值也小于或等于 D 信号输入值，就将信号输入值，就将 PWMH 信号置为高电平，信号置为高电平，PWML 信号置为低电平。当计数数值信号信号置为低电平。当计数数

8、值信号 CNT 的技术数值等于的技术数值等于 D信号的输入值的时候，便将输出信号翻转，即信号的输入值的时候，便将输出信号翻转，即 PWMH 为低电平，为低电平，PWML 为高电平。当计数数值信号为高电平。当计数数值信号 CNT 的计数数值等于的计数数值等于 CNT 设设定值的时候，便将定值的时候，便将 CNT 置零，程序便再次循环作用，不断输出脉冲置零，程序便再次循环作用，不断输出脉冲宽度调制信号。由此达到脉冲宽度调制的目的。完成程序设计的目宽度调制信号。由此达到脉冲宽度调制的目的。完成程序设计的目的。的。方案论证：方案论证： 本次设计一共设想了两个方案本次设计一共设想了两个方案：1）方案一）

9、方案一：用一个八位可自加载的加法计数器用一个八位可自加载的加法计数器控制低电平的时间长度，用另一个八位可自加载的加法计数器控制控制低电平的时间长度，用另一个八位可自加载的加法计数器控制高电平的时间长度，用一个高电平的时间长度，用一个 D 触发器来接收两个计数器的溢出信号触发器来接收两个计数器的溢出信号和输出调制信号。和输出调制信号。其中一个计数器的溢出信号接到其中一个计数器的溢出信号接到 D 触发器的触发器的 CLK 输输入端，用来控制低电平的时间长短。另一个计数器的溢出信号接到入端，用来控制低电平的时间长短。另一个计数器的溢出信号接到D 触发器的清零信号输入端，用来控制高电平的时间长短。触发

10、器的清零信号输入端，用来控制高电平的时间长短。通过将通过将 D 触发器的输出信号取反后加到控制低电平时触发器的输出信号取反后加到控制低电平时间长短的计数器的置位端，让计数器回到初始值，并重新开始计数。间长短的计数器的置位端，让计数器回到初始值，并重新开始计数。另一个控制高电平时间长短的计数器的置位端接入另一个控制高电平时间长短的计数器的置位端接入 D 触发器的输出触发器的输出信号，达到将计数器置入初始值，重新开始计数的目的。信号，达到将计数器置入初始值，重新开始计数的目的。这样，整个电路形成完整的回路，达到往返输出这样，整个电路形成完整的回路，达到往返输出PWM 信号的目的。信号的目的。2）方

11、案二）方案二：在本方案中，将脉冲宽度调制信号设为在本方案中，将脉冲宽度调制信号设为了了 PWMH 和和 PWML 两个信号。在输入端，通过两个信号。在输入端，通过 D 信号的输入值，信号的输入值，CNT 信号的设定值以及信号的设定值以及 IF 函数，达到计数的目的。函数，达到计数的目的。当计数数值信号当计数数值信号 CNT 的计数数值小于其设定值的时候，的计数数值小于其设定值的时候，每来一个时钟脉冲信号就将每来一个时钟脉冲信号就将 CNT 加一，如果这个时候计数数值信号加一，如果这个时候计数数值信号CNT 的计数数值也小于或等于的计数数值也小于或等于 D 信号输入值，就将信号输入值，就将 PW

12、MH 信号置信号置为高电平，为高电平，PWML 信号置为低电平。当计数数值信号信号置为低电平。当计数数值信号 CNT 的技术的技术数值等于数值等于 D 信号的输入值的时候，便将输出信号翻转，即信号的输入值的时候，便将输出信号翻转，即 PWMH为低电平，为低电平，PWML 为高电平。当计数数值信号为高电平。当计数数值信号 CNT 的计数数值等的计数数值等于于 CNT 设定值的时候，便将设定值的时候，便将 CNT 置零，程序便再次循环作用，不置零，程序便再次循环作用，不断输出脉冲宽度调制信号。由此达到脉冲宽度调制的目的。断输出脉冲宽度调制信号。由此达到脉冲宽度调制的目的。源程序设计：源程序设计：

13、方案一设计源程序：方案一设计源程序：1）八位可自加载假发计数器的源程序）八位可自加载假发计数器的源程序LCNT8.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY LCN ISPORT(CLK,LD:IN STD_LOGIC;D:IN INTEGER RANGE 0 TO 255;CAO:OUT STD_LOGIC);END ENTITY LCNT8;ARCHITECTURE ART OF LCNT8 ISSIGNAL COUNT:INTEGER RANGE 0 TO 255;BEGINPROCESS(CLK) ISBEGINIF CLKEV

14、ENT AND CLK=1 THENIF LD=1 THEN COUNT=COUNT+1;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(COUNT) ISBEGINIF COUNT=255 THEN YC=1;ELSE YCCLK,LD=LD1,D=A,YC=YC1);U2:LCNT8 PORT MAP(CLK=CLK,LD=LD2,D=B,YC=YC2);PROCESS(YC1,YC2) ISBEGINIF YC1=1 THEN SPWM1 THEN SPWM=1;END IF;END PROCESS;LD1=SPWM;LD2= NOT SPWM;PWM=SPWM;EN

15、D ARCHITECTURE ART;END；方案二源程序：方案二源程序：LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; ENTITY PWM IS PORT( CLK:IN STD_LOGIC; D:IN STD_LOGIC_VECTOR(11DOWNTO 0); PWMH:OUT STD_LOGIC; PWML:OUT STD_LOGIC);END ENTITY PWM; ARCHITECTURE ART OF PWM IS S

16、IGNAL PH:STD_LOGIC; SIGNAL PL:STD_LOGIC; SIGNAL CNT : STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0); BEGIN PROCESS(CLK) BEGIN IF CLKEVENT AND CLK=1 THEN IF CNT=000000001111 THEN CNT=000000000000; ELSE CNT=CNT+1; END IF;END IF;IF CNT=D THEN PH=1;PL=0; ELSE PH=0; PL=1; END IF; END PROCESS;PROCESS(CLK)ISBEGINIF CLKEVE

17、NT AND CLK=1 THENPWMH=PH; PWML=PL; END IF;END PROCESS;END;方案选择：方案选择：由设计源程序可知，在第二个方案中，用一个由设计源程序可知，在第二个方案中，用一个 IF 语句语句就达到了方案一中的两个计数器的计数，去控制输出的目的，并且就达到了方案一中的两个计数器的计数，去控制输出的目的，并且省略了省略了 D 触发器。在硬件上节约了很多资源，并且在程序上也显得触发器。在硬件上节约了很多资源，并且在程序上也显得简单得多。所以采用方案二作为本次设计的最终方案。简单得多。所以采用方案二作为本次设计的最终方案。程序分析：程序分析： 本次设计，选择的

18、方案是第二个。由方案二的源程序可本次设计，选择的方案是第二个。由方案二的源程序可以看出：运用到了数值加法计数，所以打开以看出：运用到了数值加法计数，所以打开USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL 两个程序包。由于信号是以高低电平输入或输出，所两个程序包。由于信号是以高低电平输入或输出，所以打开了以打开了 USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL 程序包。在实体设计程序包。在实体设计中，定义了时钟信号输入端口和中，定义了时钟信号输入端口和 D 信号设定值输入端口，定义了两信号设定值输入端口，定义了两个脉冲

19、宽度调试的输出信号。个脉冲宽度调试的输出信号。 在结构体中定义了两个输出信号在结构体中定义了两个输出信号:PWMH 和和 PWML，还定义了一个计数信号：还定义了一个计数信号：CNT，作为中间值。，作为中间值。 由源程序可以知道，由源程序可以知道，当计数数值信号当计数数值信号 CNT 的计数数的计数数值小于其设定值的时候，每来一个时钟脉冲信号就将值小于其设定值的时候，每来一个时钟脉冲信号就将 CNT 加一，如加一，如果这个时候计数数值信号果这个时候计数数值信号 CNT 的计数数值也小于或等于的计数数值也小于或等于 D 信号输信号输入值，就将入值，就将 PWMH 信号置为高电平，信号置为高电平，

20、PWML 信号置为低电平。当信号置为低电平。当计数数值信号计数数值信号 CNT 的技术数值等于的技术数值等于 D 信号的输入值的时候，便将信号的输入值的时候，便将输出信号翻转，即输出信号翻转，即 PWMH 为低电平，为低电平，PWML 为高电平。当计数数为高电平。当计数数值信号值信号 CNT 的计数数值等于的计数数值等于 CNT 设定值的时候，便将设定值的时候，便将 CNT 置零，置零，程序便再次循环作用，不断输出脉冲宽度调制信号。由此达到脉冲程序便再次循环作用，不断输出脉冲宽度调制信号。由此达到脉冲宽度调制的目的。完成程序设计的目的。宽度调制的目的。完成程序设计的目的。设计程序仿真图：设计程

21、序仿真图：方案二源程序仿真图方案二源程序仿真图仿真分析：仿真分析： 由仿真图可以看出，由仿真图可以看出，D 的输入值为的输入值为 10，在程序中得，在程序中得知知 CNT 计数数值信号的设定值为计数数值信号的设定值为 15，所以，当前十个时钟信号来，所以，当前十个时钟信号来时，保持时，保持 PWMH 输出为高电平，输出为高电平，PWML 输出为低电平。当第十一输出为低电平。当第十一个时钟到来时，输出信号翻转，将个时钟到来时，输出信号翻转，将 PWMH 置为低电平，置为低电平，PWML 置置为高电平，保持五个时钟周期后，为高电平，保持五个时钟周期后，CNT 的计数数值等于其设定数值，的计数数值等于其设定数值，因此被置零，所以输出信号再次翻转，将因此被置零，所以输出信号再次翻转，将 PWMH 输出置为高电平，输出置为高电平，PWML 输出置为低电平，由此往返运行程序，便循环输出脉冲宽度输出置为低电平，由此往返运行程序，便循环输出脉冲宽度调制信号。调制信号。 综上所述，方案二的设计满足了设计要求。综上所述，方案二的设计满足了设计要求。设计总结：设计总结：脉冲宽度调制的程序设计本身是比较简单的，最重要脉冲宽度调制的程序设计本身是比较简单的，最