單片機驅動CPLD的PWM正弦信號發生器設計

　　脈寬調制PWM（Pulse Width Modulation）是利用數字輸出信號對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術，廣泛應用在從測量、通信到功率控制與變換的許多領域中。

　　一、PWM原理

　　PWM 是一種對模擬信號電平進行數字編碼的方法。通過高分辨率計數器的使用，方波的占空比被調制用來對一個具體模擬信號的電平進行編碼。PWM 信號仍然是數字的，因為在給定的任何時刻，滿幅值的直流供電要么完全有（ON），要么完全無（OFF）。電壓或電流源是以一種通（ON） 或斷（OFF） 的重復脈沖序列被加到模擬負載上去的。通的時候即是直流供電被加到負載上的時候，斷的時候即是供電被斷開的時候。

　　只要帶寬足夠，任何模擬值都可以使用PWM 進行編碼。

　　如圖1 所示，用一系列等幅不等寬的脈沖來代替一個正弦半波，正弦半波N 等分，看成N 個相連的脈沖序列，寬度相等，但幅值不等；用矩形脈沖代替，等幅，不等寬，中點重合，面積（沖量）相等，寬度按正弦規律變化。

圖1 用PWM波代替正弦半波

　　SPWM 波形——脈沖寬度按正弦規律變化而和正弦波等效的PWM 波形。

　　二、基于CPLD的PWM方案

　　一個PWM 發生器必須包括計數器，數據比較器，另外就是配置PWM 參數的時鐘分頻寄存器和占空比寄存器，結構框圖如圖2 所示，這些電路都可以用CPLD 來實現。

圖2 PWM控制器結構框圖

　　高頻時鐘信號經分頻器驅動計數器，計數器如圖3 所示，總是從Bottom 到Top 的循環計數，計數器的輸出和占空比寄存器里的數據經數據比較器比較，輸出PWM 信號，當計數器輸出小于占空比設定值時輸出低電平（0），否則輸出高電平（1），如圖3（b）（c）所示。

圖3 PWM信號發生器時序波形圖

　　從圖中還可以看出，計數器的周期就是PWM 信號的周期，通過修改占空比寄存器從而實現對輸出PWM 信號高低電平比例控制，圖3（b）是占空比為P1 的PWM輸出，圖3（c）是占空比為P2 的PWM 輸出，它們周期相同，高低電平的比例不同。