电子测量中的单片机驱动CPLD的PWM正弦信号发生器设计

前面几期给读者介绍了单片机+CPLD 系统设计，本篇继续挖掘CPLD 潜力，给出一种单片机驱动CPLD的PWM 正弦信号发生器设计，充分体现了CPLD 的灵活多变，配合单片机控制，其妙无穷，以下方案均在Mini51 板上实现。 　　脉宽调制PWM（Pulse Width Modulation）是利用数字输出信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。 　　一、PWM原理 　　PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数字的，因为在给 《电子测量中的单片机驱动CPLD的PWM正弦信号发生器设计》 本文将深入探讨一种基于单片机和复杂可编程逻辑器件（CPLD）的PWM正弦信号发生器的设计方法，该设计充分利用了CPLD的灵活性，并结合单片机的控制能力，实现了高效且精确的正弦波形生成。设计方案在Mini51开发板上得以实现，充分展示了这种技术在电子测量领域的应用潜力。 一、PWM原理与应用 PWM（Pulse Width Modulation）是一种利用数字信号控制模拟电路的技术，广泛应用于电子测量、通信和功率控制等多个领域。其基本思想是通过调整方波的占空比，即高电平时间与整个周期的比例，来编码模拟信号的电平。PWM信号本质上是数字的，因为信号在任何时候都处于全幅值的直流电源的“开”或“关”状态。通过快速开关电源的通断，可以模拟出任意连续的电压或电流波形，只要系统的带宽允许，几乎可以表示任何模拟值。 二、基于CPLD的PWM方案 一个完整的PWM发生器通常包含计数器、数据比较器以及用于配置PWM参数的时钟分频寄存器和占空比寄存器。CPLD因其可编程性，非常适合构建这类电路。计数器在一个高频时钟信号的驱动下工作，其输出与占空比寄存器的数据进行比较，从而生成PWM信号。当计数器的输出小于占空比设定值时，输出低电平，否则输出高电平，以此改变输出PWM信号的高电平与低电平的比例，从而实现模拟信号的数字编码。 图2所示的PWM控制器结构框图清晰地描绘了这一过程。计数器的周期等于PWM信号的周期，通过改变占空比寄存器的值，可以控制输出PWM信号的高低电平比例。例如，图3展示了两个不同占空比的PWM输出，尽管周期相同，但高低电平的比例不同。 三、Verilog HDL实现 在硬件描述语言（如Verilog HDL）中，可以编写CPLD的内部电路设计代码。以Mini51b_PWM模块为例，该模块接受来自单片机的数据输入、控制信号，并产生PWM输出。通过定义寄存器和计数器，以及使用条件语句根据地址选择要写入的数据，可以实现对PWM参数的灵活配置。 本文介绍的单片机驱动CPLD的PWM正弦信号发生器设计，不仅揭示了PWM技术的基本原理，还展示了如何利用CPLD的可编程性构建高效信号发生器。这种方法对于电子测量和控制系统的设计提供了新的思路，尤其是在需要精确模拟信号控制的场景中，具有显著的优势。