实验三：PWM信号发生器

第一期可编程逻辑设计培训研讨 2013年1月 湖北武汉
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华中科技大学 国家电工电子实验教学示范中心
PWM信号发生器实验
• *编写TestBench并在ModelSim中仿真
`timescale 1ns/1ps module testbench; reg clk; reg [7:0] data; wire pwm; initial begin clk = 1'b1; data = 8'd0; pwm_t = 1'b0; #100000 data = 8'd32; #100000 data = 8'd64; #100000 data = 8'd128; #100000 data = 8'd160; #100000 data = 8'd192; #100000 data = 8'd224; #100000 data = 8'd255; #100000 $stop(); end always begin #20 clk = ~clk; end pwm pwm_inst(.clk(clk), .data(data), .pwm(pwm)); endmodule
• 编写并添加按键驱动和显示占空比的逻辑 • 下载至EDA-CPLD板上，并用示波器观察
第一期可编程逻辑设计培训研讨 2013年1月 湖北武汉 5 华中科技大学 国家电工电子实验教学示范中心
实验过程（自编）
• 直接在ModelSim ALTERA STARTER EDITION 6.5b 中进行编写、访真即可。 新建三个文件，
module pwm( input clk, input [7:0] data, output pwm ); reg [7:0] cnt; always@(posedge clk) begin cnt <= cnt + 1’b1; end always@(posedge clk) begin pwm <= (data > cnt); end endmodule

1.PWM信号概述脉冲宽度调制(PWM)信号广泛使用在电力变流技术中,以其作为控制信号可完成DC-DC变换(开关电源)、DC-AC变换(逆变电源)、AC-AC变换(斩控调压)与AC-DC变换(功率因数校正)。

产生PWM信号的方法有多种,现分别论述如下:1)普通电子元件构成PWM发生器电路基本原理就是由三角波或锯齿波发生器产生高频调制波,经比较器产生PWM信号。

三角波或锯齿波与可调直流电压比较,产生可调占空比PWM信号;与正弦基波比较,产生占空比按正弦规律变化的SPWM信号。

此方法优点就是成本低、各环节波形与电压值可观测、易于扩展应用电路等。

缺点就是电路集成度低,不利于产品化。

2)单片机自动生成PWM信号基本原理就是由单片机内部集成PWM发生器模块在程序控制下产生PWM 信号。

优点就是电路简单、便于程序控制。

缺点就是不利于学生观测PWM产生过程,闭环控制复杂与使用时受单片机性能制约。

3)可编程逻辑器件编程产生PWM信号基本原理就是以复杂可编程逻辑器件(CPLD)或现场可编程门阵列器件(FPGA)为硬件基础,设计专用程序产生PWM信号。

优点就是电路简单、PWM频率与占空比定量准确。

缺点就是闭环控制复杂,产生SPWM信号难度大。

4)专用芯片产生PWM信号就是生产厂家设计、生产的特定功能芯片。

优点就是使用方便、安全,便于应用到产品设计中。

缺点就是不利于学生观测PWM产生过程与灵活调节各项参数。

2.电子元件构成PWM发生器电路图1电子元件构成PWM发生器电路3.集成芯片SG3525构成PWM发生器电路一、PWM信号发生电路说明实验电路中,驱动开关管的PWM信号由专用PWM控制集成芯片SG3525产生(美国Silicon General公司生产),PWM信号发生器电路如图2所示。

图2 PWM信号发生器电路图SG3525采用恒频脉宽调制控制方案,内部包含有精密基准源、锯齿波振荡器、误差放大器、比较器、分频器与保护电路等。

PWM 产生实验1.实验目的(1)掌握LM3S8962中的PWM 的基本原理和使用方法(2)掌握CCS 开发环境平台2.实验内容(1)ARM 的初始化配置(2)PWM 时钟的设置(3)PWM 的发生器配置与使用(4)利用输出的PWM 波驱动LED 灯1和蜂鸣器的实验3.PWM 的产生原理LM3S8962的 PWM 模块由 3个 PWM 发生器模块和1个控制模块组成。

每个PWM 发生器模块包含1个计数器、2个PWM 比较器、1个PWM 信号发生器、1个死区发生器和中断/ADC 触发选择器。

每个PWM 发生器的定时器有两种工作模式：递减计数模式和先递增后递减计数模式，因此PWM 的产生也对应的有两种模式，在这里我们以递减计数模式来说明PWM 产生的原理。

图1所示是递减计数模式时PWM 的产生原理。

PWMAPWMBdirzeroloadcmpAcmpBloadzeroABADown BDown 上升沿延迟下降沿延迟输入PWMA PWMB图1 PWM 递减计数模式 图2 PWM 带死区发生器在递减计数模式中，定时器从装载值开始计数，计数到零时又返回到装载值并继续递减计数。

定时器会输出3个信号：方向信号、零脉冲信号、加载脉冲信号，在递减计数中，方向信号始终为零，当计数器计数值为0时，产生一个宽度等于时钟周期的高电平零脉冲信号；当计数器计数值等于装载值时，产生一个宽度等于时钟周期的高电平加载脉冲信号。

当比较器的值和计数器的值相等时，比较器会输出一个宽度为单位时钟周期的高电平脉冲。

PWM 发生器捕获这些脉冲结合方向信号产生2个PWM 信号，此时方向信号始终为低电平，在A 和B 的匹配处将产生的PWM 信号将由高电平跳到低电平。

这样就产生了图1所示的2个PWM 信号。

递减计数模式是用来产生左对齐或是右对齐的PWM 信号的。

PWM发生器产生的2个WM信号会传递到死区发生器，如果死区发生器禁能，则PWM 信号只简单地通过该模块，而不会发生改变。

pwm的工作原理
PWM（脉宽调制）是一种常用的电子控制技术，它通过控制信号的脉冲宽度来变化输出信号的平均功率。

PWM主要适用于需要精确控制电压、电流或者频率的应用。

其工作原理可以简单描述如下：
1. 信号发生器：PWM的工作原理首先需要一个信号发生器来产生一定频率的方波信号。

这个信号发生器可以是一个晶体振荡器或者其他的任意信号源。

2. 采样：信号发生器产生的方波信号需要经过一个采样电路来进行采样。

采样电路可以是一个比较器，它将方波信号与一个可调的参考电压进行比较。

3. 脉宽控制：比较器的输出信号将进一步通过一个脉宽控制电路进行处理。

脉宽控制电路通常是一个可调的计数器或者定时器。

它根据输入信号的脉冲宽度来控制计数器或者定时器的工作时间。

4. 输出：最后，脉宽控制电路的输出信号将被送入一个功率放大器，用来驱动需要控制的载体。

功率放大器的输出信号即为PWM的最终输出信号。

PWM的工作原理可以通过改变方波信号的脉冲宽度来控制输出信号的平均功率。

通常情况下，脉冲宽度与占空比成正比。

当脉冲宽度增大时，占空比也就增大，输出信号的平均功率也相应增大。

相反，当脉冲宽度减小时，占空比减小，输出信号
的平均功率也减小。

总的来说，PWM的工作原理是通过改变方波信号的脉冲宽度
来控制输出信号的平均功率。

这种控制方法的优点是节省能量、减小功率损耗，并且能够精确控制信号的特性。

在很多电子设备中，PWM被广泛应用于电机控制、光电调光、音频放大以
及电源管理等领域。

PWM波信号发生器的研制课程设计说明书课程设计名称：单片机专业课设课程设计题目： PWM信号发生器的研制学院名称：信息工程学院专业：电子信息工程班级：学号：姓名：评分：教师：20 13 年 7 月 2 日摘要1PWM波信号发生器的研制随着电力电子全控开关器件的出现，脉宽调制技术（ＰＷＭ）在电力电子变流技术中获得了，。

泛的应Ｈｊ，如直流开关电源（ＤＣ／ＤＣ变换）、交。

交变频（ＡＣ／ＡＣ变换）、交．直．交变频系统、ＵＰＳ电源（ＤＣ／ＡＣ变换）、高功率因数整流（ＰＷＭ整流或功率ｌ灭ｌ数校正ＰＦＣ等）等电力电子各个应用领域，无不采用ＰＷＭ控制技术。

ＰＷＭ控制最基本的实现方法是通过载波和控制波的模拟电路调制米产生，如采用三角形载波（或锯齿波）和直流（或正弦波）控制信号比较器进行比较产生ＰＷＭ波。

这种方法在模拟控制技术中广泛采用，并出现过许多产生ＰＷＭ波控制芯片，如用于开关电源的ＴＬ４９４、ＳＧ３５２５、ＵＣ３８４２等。

随着数字控制技术的发展，又出现了许多数字式ＰＷＭ集成芯片，如用于变频调速的三相ＰＷＭ发生器ＨＥＦ４７５２、ＳＬＥ４５２０、ＭＡ８１８等。

但与迅速发展的微机控制技术相比，该方法显示出电路复杂、调制方式不够灵活等缺点，而采用软件计算的实时ＰＷＭ控制策略越来越彼人们接受，并出现了许多不同的ＰＷＭ波的计算方法，如采样ＳＰＷＭ法、谐波注入ＰＷＭ法、均值ＰＷＭ法、等面积ＰＷＭ法等。

电力电子的微机ＰＷＭ控制技术已成为一种必然趋势。

因此本文就ＰＷＭ的单片机控制与实现进行分析研究，通过对外围电路芯片的设计实现PWM输出波形的频率、电压幅值、占空比的连续调节，达到产生PWM信号目的。

关键字：脉宽调制技术（ＰＷＭ）、占空比、控制信号2PWM波信号发生器的研制单片机原理与接口技术课程设计任务书20 12 －20 13 学年第 2 学期第 17 周－ 19 周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

02
它能够产生各种波形，如正弦波 、方波、三角波等，以满足不同 实验和应用的需求。
信号发生器的分类
01
02
03
按波形分类
正弦波信号发生器、方波 信号发生器、三角波信号 发生器等。
按频率分类
低频信号发生器、中频信 号发生器、高频信号发生 器等。
按应用分类
模拟信号发生器、数字信 号发生器等。
信号发生器的工作原理
振荡器
振荡器是信号发生器的 核心部分，它能够产生 一定频率和幅度的正弦
波。
波形转换电路
波形转换电路将振荡器 产生的正弦波转换为所 需的波形，如方波、三
角波等。
幅度调节电路
幅度调节电路用于调节 输出信号的幅度，以满 足实验和应用的需求。
频率调节电路
频率调节电路用于调节 输出信号的频率，以满 足实验和应用的需求。
信号发生器的分类
信号发生器有多种分类方式，根据输出信号类型可分为正弦 波信号发生器、方波信号发生器和脉冲信号发生器等；根据 频率范围可分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信 号发生器等。
学习信号发生器的使用方法
信号发生器的使用步骤
首先，选择合适的信号类型和频率； 其次，调整信号的幅度和偏置参数； 最后，通过输出端口将信号发送到需 要测试的设备或系统中。
设置信号的输出幅度，以满足测试 需求。
波形选择
根据实验要求，选择所需的波形 （如正弦波、方波、三角波等）。
信号发生器的使用
开机启动
打开信号发生器的电源开关， 确保设备正常启动。
调整参数
根据实验步骤，逐步调整信号 发生器的参数。
观察记录
观察信号发生器的输出，并记 录相关数据。
断电关机

D题 PWM信号发生器【本科组】一、任务设计并制作一台PWM信号发生器，电路组成框图如图所示。

波形参数显示PWM信号发生器ABC三路PWM信号输出波形参数设置二、要求1．基本要求（1）制作完成一路PWM信号输出，频率范围20Hz～100kHz。

（2）频率步进10Hz。

（3）占空比调节范围10%~90%，具有占空比设置和占空比步进功能，占空比步进10%。

（4）PWM信号输出幅度2~5V、200mV步进可调（负载等于100欧姆）。

(5) 数字显示PWM信号的频率、幅度、占空比。

2．发挥部分（1）将PWM输出信号扩展到三路独立输出，频率可调范围扩展到1Hz～2MHz，频率步进1Hz；（2）占空比调节范围5%~95%，占空比步进5%；（3）在上述信号频率范围内，任意两路间的相位差在10～180度范围、10度步进内可任意预置；（4）PWM信号输出幅度1~5V、100mV步进可调（负载等于100欧姆）。

（5）设定输出电压为5V，在25欧负载上，输出电压幅度能达到5V。

（6）其它。

三、评分标准设计报告主要内容分数系统方案、理论分析与计算、电路与程序设计、结果分析、设计报告结构及规范性50基本要求完成基本部分（1）项10完成基本部分（2）项10完成基本部分（3）项10完成基本部分（4）项10完成基本部分（5）项10总分50发挥部分完成发挥部分第（1）项5完成发挥部分第（2）项10完成发挥部分第（3）项10完成发挥部分第（4）项10完成发挥部分第（5）项10其他5总分50。

PWM信号发生器的研制前言脉冲宽度调制是现代控制技术常用的一种控制信息输出，可以有效地利用数字技术控制模拟信号的技术。

PWM(Pulse Width Modulation)又称脉冲宽度调制，属于脉冲调制的一种，即脉冲幅度调制（PAM）、脉冲相位调制（PPM）、脉冲宽度调制（PWM）和脉冲编码调制（PCM）。

它们本来是应用于电子信息系统和通信领域的一种信号变换技术，但从六十年代中期以来后，随着电力电子技术被引入到电力变换领域，PWM技术广泛运用于各种工业电力传动领域乃至家电产品中。

目前，随着微机技术日益广泛深入工业控制领域，单片机控制的PWM技术迅速发展，其突出特点是可以比较容易地选择最佳的脉冲调制频段，更重要的，由于与单片机的结合，整个系统可以集成为具有更完备的保护功能、故障诊断功能和显示功能的高可靠的微型化的系统。

因此，被竞相开发，前景广阔。

在智能化产品开发中, 许多常用的单片机没有提供脉宽调制(PWM ) 电压信号输出功能, 而在某些特定的场合需要得到PWM信号。

PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为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。

PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一,由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点，在交流传动及至其它能量变换系统中得到广泛应用。

目前实现方法为采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出。

本文主要介绍了PWM信号发生器的概念、作用及定义，分析了系统的工作原理和软硬件的设计。

主要是以AT89C51单片机为核心控制单元，通过对外围电路芯片的设计实现PWM输出波形的频率、电压幅值、占空比的连续调节，达到产生PWM信号目的。

第一章系统组成与工作原理1.1 系统设计内容与要求一、设计内容：PWM信号发生器的研制二、设计要求：（1）采用定时/计数器8253（2） PWM信号的工作频率为500Hz(1000Hz)（3）占空比可变且显示占空比1.2 系统组成如图1.1所示为系统的设计结构框图。

PWM信号发生器的设计实验/上机报告一、实验目的1、掌握序列发生器和检测器的工作原理；2、初步学会用状态机进行数字系统设计。

二、实验环境Quartus II 7.0 开发系统三、实验内容用状态机设计实现串序列检测器设计，可以用原理图输入法设计序列信号发生器，要求产生序列：0111010011011010；再进行检测设计，若检测到序列：11010则输出为“1”，否则输出为“0”。

并对其进行仿真和硬件测试。

四、实验过程本实验可以分为两部分来设计。

第一步设计序列信号发生器，在这里可以采用模16的计数器74LS161来产生模16的计数，并由它的4位输出可以产生16种状态，由此可以用来设计序列产生器，也可以采用状态机产生序列，本实验用状态机产生序列。

第二步设计序列检测器，这里用状态机设计，如果为真输出1，为假输出为0；第三步设计串行转并行输出，将序列并行输出在LED管上显示。

第四步是设计一个计数脉冲，记录出现所需要的序列的次数。

第五步是将所有模块连接起来，构成一个完整的序列发生和检测设计器。

实验代码：1、序列发生器library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity xulie_produce is—序列产生电路port(clk,reset:in std_logic;comb_outputs:out std_logic);--序列输出end xulie_produce;architecture behav of xulie_produce istype fsm_st is (s0,s1,s2,s3,s4,s5,s6,s7,s8,s9,s10,s11,s12,s13,s14,s15);--状态设计signal current_state,next_state:fsm_st;beginreg:process(reset,clk)—主控时序进程beginif reset ='1'then current_state<=s0;elsif clk='1'and clk'event thencurrent_state<=next_state;end if;end process;com:process(current_state)—主控组合进程begincase current_state iswhen s0 => comb_outputs<='0';next_state<=s1; when s1 => comb_outputs<='1';next_state<=s2; when s2 => comb_outputs<='1';next_state<=s3; when s3 => comb_outputs<='1';next_state<=s4; when s4 => comb_outputs<='0';next_state<=s5; when s5 => comb_outputs<='1';next_state<=s6; when s6 => comb_outputs<='0';next_state<=s7; when s7 => comb_outputs<='0';next_state<=s8; when s8 => comb_outputs<='1';next_state<=s9; when s9 => comb_outputs<='1';next_state<=s10; when s10 => comb_outputs<='0';next_state<=s11; when s11 => comb_outputs<='1';next_state<=s12; when s12 => comb_outputs<='1';next_state<=s13; when s13 => comb_outputs<='0';next_state<=s14; when s14 => comb_outputs<='1';next_state<=s15; when s15 => comb_outputs<='0';next_state<=s0; end case;end process;end behav;2、序列检测器library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity s_machine is—序列检测电路port(clk,reset:in std_logic;state_inputs:in std_logic;--状态转移控制comb_outputs:out std_logic);检测结果输出end s_machine;architecture behav of s_machine istype fsm_st is (s0,s1,s2,s3,s4,s5);signal current_state,next_state:fsm_st;beginreg:process(reset,clk)主控时序进程beginif reset ='1'then current_state<=s0;elsif clk='1'and clk'event thencurrent_state<=next_state;end if;end process;com:process(current_state,state_inputs)—主控组合进程begincase current_state iswhen s0 => comb_outputs<='0';if state_inputs='1' then next_state<=s1;else next_state<=s0;end if;when s1 => comb_outputs<='0';if state_inputs='1' then next_state<=s2;else next_state<=s0;end if;when s2 => comb_outputs<='0';if state_inputs='0' then next_state<=s3;else next_state<=s2;end if;when s3 => comb_outputs<='0';if state_inputs='1' then next_state<=s4;else next_state<=s0;end if;when s4 => comb_outputs<='0';if state_inputs='0' then next_state<=s5;else next_state<=s2;end if;when s5 => comb_outputs<='1';--检测到11010输出1 if state_inputs='0' then next_state<=s0;else next_state<=s1;end if;end case;end process;end behav;3、串行输出变并行输出library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;entity shift is –串行变并行电路port(clk,load,a:in std_logic;din :out std_logic_vector(7 downto 0));--并行输出end shift;architecture behav of shift isbeginprocess(clk,load,a)variable reg8 :std_logic_vector(7 downto 0);beginif clk'event and clk='1'thenif load='1'then reg8(7 downto 1):=reg8(6 downto 0);--load为1时开始装载reg8(0):=a;end if;end if;din<=reg8;end process;end behav;4、计数器设计LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;ENTITY CNTM IS –计数电路PORT (CLK,RST,EN:IN STD_LOGIC;a,b,c:OUT STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0));END CNTM;ARCHITECTURE behav OF CNTM ISsignal a1,b1,c1:std_logic_vector(3 downto 0); BEGINPROCESS (CLK,RST,EN)VARIABLE N :INTEGER RANGE 0 TO 1000;BEGINIF RST ='1' THEN N:=0;ELSIF CLK 'EVENT AND CLK='1' THENIF EN = '1' THENIF N<100 THEN N:=N+1;--设计为100计数ELSE N:=0;END IF;END IF;END IF;a1<=conv_std_logic_vector((N/100),4);b1<=conv_std_logic_vector(((N/10)mod 10),4); c1<=conv_std_logic_vector((N mod 10),4);a<=a1;b<=b1;c<=c1;END PROCESS;实验步骤：1、建立工作库文件和编辑设计文件（1）在D盘新建一个文件夹用来保存工程文件（2）打开QuartusⅡ8.0软件，选择菜单File->New->VHDL File，点击OK后在打开的界面下输入已经设计好的程序。

实验三：PWM信号发生器1.实验目的（1）学习Quartus II 8.0 软件的基本使用方法。

（2）学习GW48-CK EDA实验开发系统的基本使用方法。

（3）学习VHDL程序中数据对象，数据类型，顺序语句和并行语句的综合使用。

2.实验内容设计并调试好一个脉宽数控调制信号发生器，此信号发生器是由两个完全相同的可自加载加法计数器LCNT8组成的，它的信号的高低电平脉宽可分别由两组8位预置数进行控制。

3.实验条件（1）开发软件：Quartus II 8.0。

（2）实验设备：GW48-CK EDA实验开发系统。

（3）拟用芯片：EPM7128S-PL84。

4.实验要求（1）画出系统原理框图，说明系统中各主要组成部分的功能。

（2）编写各个VHDL源程序。

（3）根据系统功能，选好测试用例，画出测试输入信号波形或编好测试文件。

（4）根据选用的EDA实验开发装置编好用于硬件验证的管脚锁定表格或文件。

（5）记录系统仿真、逻辑综合及硬件验证结果。

（6）记录实验过程中出现的问题及解决办法。

5.实验过程（1）PWM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。

PWM从处理器到被控制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、通信和功率控制与变换的许多领域中。

下图是一种PWM信号发生器的逻辑图，此信号发生器是由两个完全相同的可自加载加法计数器LCNT8组成的，它的输出信号的高、低电平脉宽可分别由两组8位预置数进行控制。

如果将初始值可预置的加法计数器的溢出信号作为本计数器的初始预置值加载信号LD，则可构成计数器初始值自加载方式的加法计数器，从而构成数控分频器。

图中D 触发器的一个重要功能就是均匀输出信号的占空比，提高驱动能力，这对驱动，诸如扬声器或电动机十分重要。

（2）VHDL源程序①8位可自加载加法计数器的源程序LCNT8.VHD--LCNT8.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY LCNT8 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 CLK'EVENT AND CLK='1'THENIF LD='1'THEN COUNT<=D;ELSE COUNT<=COUNT+1;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(COUNT)ISBEGINIF COUNT=255 THEN CAO<='1';ELSE CAO<='0';END IF;END PROCESS;END ARCHITECTURE ART;②PWM信号发生器的源程序PWM.VHD--PWM.VHDLIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;ENTITY PWM ISPORT(CLK:IN STD_LOGIC;A,B:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);PWM:OUT STD_LOGIC);END ENTITY PWM;ARCHITECTURE ART OF PWM ISCOMPONENT LCNT8 ISPORT(CLK,LD:IN STD_LOGIC;D:IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);CAO:OUT STD_LOGIC);END COMPONENT LCNT8;SIGNAL CAO1,CAO2:STD_LOGIC;SIGNAL LD1,LD2:STD_LOGIC;SIGNAL SPWM:STD_LOGIC;BEGINU1:LCNT8 PORT MAP(CLK=>CLK,LD=>LD1,D=>A,CAO=>CAO1);U2:LCNT8 PORT MAP(CLK=>CLK,LD=>LD2,D=>B,CAO=>CAO2);PROCESS(CAO1,CAO2)ISBEGINIF CAO1='1'THEN SPWM<='0';ELSIF CAO2'EVENT AND CAO2='1'THEN SPWM<='1';END IF;END PROCESS;LD1<=NOT SPWM;LD2<=SPWM;PWM<=SPWM;END ARCHITECTURE ART;（3）仿真结果验证PWM.VHD的时序仿真结果（4）逻辑综合结果6.实验总结经过本次实验，我学会了Quartus II 8.0 开发系统的基本操作，并对它有了一定的了解和认识。

pwm调光硬件原理PWM调光硬件原理一、引言随着科技的发展，人们对照明设备的要求也越来越高，调光功能成为了现代照明设备的一个重要特性。

PWM调光技术是一种常用的调光方法，其硬件原理是如何实现的呢？本文将介绍PWM调光硬件原理的相关知识。

二、什么是PWM调光技术PWM（Pulse Width Modulation）调光技术是一种通过改变信号的占空比来实现调光的方法。

在PWM调光技术中，信号被分为若干个周期，每个周期内分为高电平和低电平两个状态，通过改变高电平和低电平的时间比例，从而改变信号的平均功率，进而控制光源的亮度。

三、PWM调光硬件原理1. 控制器PWM调光的核心是控制器，控制器用于产生PWM信号。

控制器通常采用微控制器或专用的PWM调光芯片。

控制器具有生成PWM信号的能力，可以根据输入的调光信号，通过内部的逻辑电路和计时器，计算出合适的占空比，并输出相应的PWM信号。

2. PWM信号发生器PWM信号发生器是PWM调光硬件的重要组成部分，其作用是根据控制器输出的PWM信号，产生一个周期为T的PWM波形。

PWM信号发生器通常由比较器、计时器和参考电压源组成。

比较器用于将计时器产生的方波信号与参考电压进行比较，从而得到PWM信号。

3. 驱动电路驱动电路是将PWM信号转换为适合驱动光源的电流或电压的电路。

驱动电路根据PWM信号的占空比，控制输出电流或电压的大小，从而控制光源的亮度。

驱动电路通常由功率放大器和滤波电路组成，功率放大器负责放大PWM信号，滤波电路则用于滤除PWM信号中的高频噪声。

4. 光源光源是PWM调光系统中的最终输出部分，可以是LED灯、荧光灯或其他类型的光源。

根据PWM信号的控制，光源的亮度可以由全亮到全暗之间连续调节。

四、PWM调光的优势1. 高效节能：PWM调光技术可以通过改变信号的占空比来控制光源的亮度，避免了传统调光方法中通过改变电压或电流来实现调光的低效率问题，从而实现了更高的能源利用率。

前言脉冲宽度调制是现代控制技术常用的一种控制信息输出，可以有效地利用数字技术控制模拟信号的技术。

PWM(Pulse Width Modulation)又称脉冲宽度调制，属于脉冲调制的一种，即脉冲幅度调制（PAM）、脉冲相位调制（PPM）、脉冲宽度调制（PWM）和脉冲编码调制（PCM）。

它们本来是应用于电子信息系统和通信领域的一种信号变换技术，但从六十年代中期以来后，随着电力电子技术被引入到电力变换领域，PWM技术广泛运用于各种工业电力传动领域乃至家电产品中。

目前，随着微机技术日益广泛深入工业控制领域，单片机控制的PWM技术迅速发展，其突出特点是可以比较容易地选择最佳的脉冲调制频段，更重要的，由于与单片机的结合，整个系统可以集成为具有更完备的保护功能、故障诊断功能和显示功能的高可靠的微型化的系统。

因此，被竞相开发，前景广阔。

在智能化产品开发中, 许多常用的单片机没有提供脉宽调制(PWM ) 电压信号输出功能, 而在某些特定的场合需要得到PWM信号。

PWM控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为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。

PWM控制技术一直是变频技术的核心技术之一,由于PWM可以同时实现变频变压反抑制谐波的特点，在交流传动及至其它能量变换系统中得到广泛应用。

目前实现方法为采用全数字化方案，完成优化的实时在线的PWM信号输出。

本文主要介绍了PWM信号发生器的概念、作用及定义，分析了系统的工作原理和软硬件的设计。

主要是以AT89C51单片机为核心控制单元，通过对外围电路芯片的设计实现PWM输出波形的频率、电压幅值、占空比的连续调节，达到产生PWM信号目的。

第一章系统组成与工作原理1.1 系统设计内容与要求一、设计内容：PWM信号发生器的研制二、设计要求：（1）采用定时/计数器8253（2） PWM信号的工作频率为500Hz(1000Hz)（3）占空比可变且显示占空比1.2 系统组成如图1.1所示为系统的设计结构框图。

电力电子技术实验讲义肇庆学院电子信息工程系编实验1：PWM门驱信号发生器与MOSFET构成的全控电力电子开关实验材料：1. 15V/1A直流电源一台，0-30V/2A直流电源一台。

或满足上述参数的两路DC电源一台。

2. 多功能电力电子实验板一块。

3．SG3525集成一块，IRF460全控MOSFET一块4．电阻、电容、导线等实验目的： 1. 了解3525集成电路的功能。

2．掌握PWM信号发生器的原理，并会调节脉冲宽度。

3．掌握MOSFET的门驱控制方法。

实验原理：SG3525是一个集信号发生、门驱为一体的电力电子开关驱动集成芯片，它的内部框图见图1。

从外部看，它是一个16脚的双列集成块，见图2。

图1：SG3525内部框图通过设计和调节C T和R T可以改变输出信号的频率，计算公式如下：图2：SG3525外部引脚图在SG3525内部有一个三角波信号发生器，PIN9输出一个直流电压，两者输入比较器进行比较，就可以得到一个脉冲宽度可调的PWM（pulse width modulation/脉冲宽度调制）信号，见下图。

实验电路：如图3图3：实验电路主要参数由于Vref是一个5伏的固定电压，Rpwm与另外一个20k电阻构成一个分压器，调节Rpwm相当于调节PIN9脚的电压，达到调节脉冲宽度的目的。

实验步骤： 1. 按图3接好电路，确认接线无误后，接通15V电源。

##2．用示波器测试3525PIN4上的信号，并记录波形和频率。

##3．用示波器测试3525PIN11，并调节电位器Rpwm（20k电阻），直到能测试到信号，记录该信号的频率。

##4. 用双综示波器分别测试3525PIN11和PIN14上的信号，主要观察两者在相位上有什么区别。

##5. 调节Rpwm，观察3525PIN11和PIN14上的信号有什么变化，并记录下来。

6．按下图把PIN11接到MOSFET的门控端（G端）。

7．通过一个1k/1W的电阻，把24V电源接入。

单片机PWM信号发生器的原理与设计引言在现代电子技术中，脉冲宽度调制(PWM)信号发生器被广泛应用于各种电路和系统中。

单片机作为常见的嵌入式系统解决方案，具备了成本低、功耗低、可编程性强等优势，因此被广泛用于PWM信号发生器设计中。

本文将介绍单片机PWM 信号发生器的原理与设计。

一、PWM信号发生器的原理1.1 脉冲宽度调制(PWM)概述脉冲宽度调制(PWM)是一种将模拟信号转换为数字信号的技术。

PWM信号由连续的短脉冲组成，其脉冲的宽度可以根据需要进行调整。

通过改变脉冲信号的宽度与周期之比，可以模拟出不同的模拟信号输出。

1.2 PWM信号发生器的基本原理PWM信号发生器的基本原理是通过控制脉冲的宽度和周期，实现对输出波形的精确控制。

单片机通常具有定时器模块，通过定时器模块的特定设置，可以生成精确的脉冲信号。

单片机还需要连接输出引脚，将生成的PWM信号输出给外部电路。

二、单片机PWM信号发生器的设计2.1 硬件设计单片机PWM信号发生器的硬件设计包括选择合适的单片机、外部电路连接和输出端口设计。

首先，选择适合的单片机。

考虑到PWM信号发生器需要高精度、可编程性强的特点，可以选择带有定时器模块的单片机。

常见的单片机型号有ATmega系列、PIC系列等。

根据实际需求选择合适的型号。

其次，进行外部电路连接。

通常需要连接电源、晶体振荡器以及输出端口。

电源提供电压稳定源，晶体振荡器提供时钟信号。

输出端口需要连接到PWM信号的目标设备上。

最后，进行输出端口设计。

根据实际需求确定输出端口的数量和类型。

常用的输出接口有GPIO、PWM输出等。

根据单片机型号和外部电路要求进行设计。

2.2 软件设计单片机PWM信号发生器的软件设计包括定时器设置和PWM生成代码编写。

首先，进行定时器设置。

根据单片机型号和需求，设置定时器的时钟源、分频系数、计数模式等参数。

通过合理的定时器设置，可以实现精确的脉冲宽度和周期控制。

其次，编写PWM生成代码。

文献综述毕业设计题目： PWM信号发生器设计PWM信号发生器文献综述(电子信息工程10(1)班E10610119)1前言PWM(Pulse Width Modulation)又称脉冲宽度调制，属于脉冲调制的一种，即脉冲幅度调制（PAM）、脉冲相位调制（PPM）、脉冲宽度调制（PWM）和脉冲编码调制（PCM）。

它们本来是应用于电子信息系统和通信领域的一种信号变换技术，但从六十年代中期以来后，随着电力电子技术被引入到电力变换领域，PWM技术广泛运用于各种工业电力传动领域乃至家电产品中[1]。

信号发生器又称波形发生器，是一种常用的信号源，被广泛地应用于无线电通信、自动测量和自动控制等系统中。

传统的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成，借助电阻电容，电感电容、谐振腔、同轴线作为振荡回路产生正弦或其它函数波形。

频率的变动由机械驱动可变元件完成，当这种模拟信号发生器用于低频信号输出往往需要的RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，虽然其低频性能好但体积较大，价格较贵。

在今天，随着大规模集成电路和信号发生器技术的发展，许多新型信号发生器应运而生。

用信号发生器并配置适当接口芯片产生程控正弦信号，则可替代传统的正弦信号发生器，从而有利于测试系统的集成化、程控化和智能仪表的多功能化。

而信号发生器的最大特点是面向控制，由于它集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低，因此在数据采集、智能化仪器等技术中得到广泛的应用，从而使得信号发生器的应用成为工程技术多学科知识汇集的一个专门研究领域，其应用产生了极高的经济效益和社会效益[2]。

2 PWM信号发生器的发展与现状2.1信号发生器的发展单片微型计算机简称信号发生器，是指集成在一块芯片上的计算机，信号发生器的产生与发展和微处理器的产生与发展大体同步,自1971年美国Intel公司首先推出4位微处理器以来,它的发展到目前为止大致可分为5个阶段：第1阶段（1971～1976）：信号发生器发展的初级阶段。

分析实验中产生pwm信号的工作原理
产生PWM信号的工作原理如下：
1. 首先，需要一个产生PWM信号的源，一般是一个定时器模块。

定时器是一个计数器，可以产生一个周期性的计时脉冲。

2. 然后，需要设置定时器的计数器值和比较器值。

计数器值用来确定一个PWM 周期的长度，比较器值用来确定高电平和低电平的时间。

3. 当计数器开始计数时，它会不断递增直到达到计数器值。

当计数器值被达到时，定时器会产生一个中断信号，并将计数器清零。

4. 在每个周期内部，定时器会根据比较器值生成PWM信号。

当计数器的值小于比较器的值时，输出信号为高电平；当计数器的值大于比较器的值时，输出信号为低电平。

5. 通过调整比较器的值，可以改变PWM信号的占空比。

占空比是高电平信号的持续时间与一个周期的时间的比值。

6. 重复上述过程，就可以产生一个周期性的PWM信号。

实验中可以通过设置定时器的参数，如计数器值、比较器值和时钟频率等来控制
PWM信号的频率和占空比。

前言脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation.PWM）控制技术以其控制简单、灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术和模拟信号数字传输通信领域最广泛应用的控制方式，因此研究基于PWM技术的脉冲宽度及周期可调的信号发生器具有十分重要的现实意义。

本文主要讨论了脉冲占空比可调信号的产生方法，采用三种不同的方案使用VHDL语言编程实现了信号的产生。

其中方案一的原理是分频，即用计数器计算时钟脉冲的上升沿个数，再通过输出电平反复翻转得到计数个数（脉冲宽度）可控的PWM 信号；方案二的原理是锯齿波比较法，首先编程产生阶梯状的锯齿波，再通过锯齿波与输入占空比值（数值可控的直线）比较产生脉冲宽度随输入占空比数值变化的PWM 信号；方案三是用有限状态机产生有用信号，首先定义两个状态，再通过计数器值与输入占空比值比较控制状态的切换，产生PWM信号。

本文详细介绍方案二和方案三两种方法。

通过使用QuartusII9.0软件采用VHDL语言编程并用功能仿真证实了上文提到的三种PWM信号产生方案都是可行的，都能产生切实可用的PWM信号，三种方案中均可以通过修改输入端口占空比来控制产生信号的脉宽，且可以通过在程序中修改计数器的计数上限和分频模块的分频比改变信号的周期及频率，实现了多参数可调，使整体设计具有灵活的现场可更改性和较好的可移植性。

且实现功能的程序简单易懂，设计过程中思路阐述清晰，流程介绍明了，且程序易于修改，可读性好。

第一章设计要求1.1 研究课题PWM信号发生器的研制1.2设计要求用CPLD可编程模块产生下列信号（特殊芯片：EPM570T100C5）(1)采用VHDL编写相关程序，PWM信号的工作频率为500Hz(1000Hz)；(2)时钟信号通过分频器后，由输入开关量控制占空比可调。

第二章系统组成及工作原理本次设计采用的是Altera公司开发的QuartusII设计平台，设计采用特殊芯片EPM570T100C5进行仿真，在原理设计方面，本设计采用自顶向下、层次化、模块化的基本程序设计思想，这种设计思想的优点符合人们先抽象后具体，先整体后局部的思维习惯，其设计出的模块修改方便，不影响其他模块，且可重复使用，利用率高。