采用Verilog HDL语言与DDS技术实现SPWM控制算法的FPGA设计

基于FPGA的SPWM波两种实现方法及分析陈晓雷;全召;韩雪琴【摘要】In the design of digital circuit, we always need the data of sinusoidal and triangle waves to generate SPWM. The data can be obtained in two different ways, either by using the logic components to simulate the functions of real waves, or storing the existing data file to storage units and getting them lately by looking up it. Analyses and discusses these two methods, compares the pros and cons, and realizes them on FPGA respectively.%在数字电路设计中,要生成SPWM波通常需要三角波和正弦波的波形数据.它们可由两种方式得到,一种由逻辑器件模拟实际的波形变化关系来实时生成,另一种是将已有的数据文件载入到存储器件中通过查表获取.对这两种生成波形的方式分别进行分析讨论,比较它们各自的优缺点,并在FPGA上实现验证.【期刊名称】《现代计算机（专业版）》【年(卷),期】2015(000)022【总页数】5页(P42-46)【关键词】FPGA;正弦波脉宽调制;MATLAB【作者】陈晓雷;全召;韩雪琴【作者单位】郑州轻工业学院计算机与通信工程学院,郑州 450000;郑州轻工业学院计算机与通信工程学院,郑州 450000;郑州轻工业学院计算机与通信工程学院,郑州 450000【正文语种】中文正弦波脉宽调制（SPWM）波在日常生活中有广泛的应用，通常使用单片机或者DSP芯片进行实现［1］。

基于FPGA的SVPWM算法的实现基于FPGA的SVPWM（Space Vector Pulse Width Modulation）算法的实现是一种用于驱动三相交流电机的技术。

在这种方法中，通过控制电机的电压向量的位置和尺寸来实现对电机的精确控制。

FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以根据用户的需求重新编程以实现特定的功能。

在FPGA上实现SVPWM算法有以下几个关键步骤：1.电压向量生成：SVPWM算法通过构造一个六段可调节电压波形，使其在不同时间点上可以形成不同电压向量的组合。

每个电压向量由两个电压矢量之间的比例组成。

在FPGA上，可以使用可编程逻辑来实现这个功能。

2.电流测量：为了实现电机的闭环控制，需要测量电机的电流。

通过使用电流传感器或其他测量方法（如电压降法或电流传感器），可以获取电机的电流值。

在FPGA上实现电流测量可以使用模数转换器（ADC）模块，将模拟信号转换为数字信号。

3.PI控制器：SVPWM算法中使用PI控制器来控制电压向量的位置和尺寸，以达到所需的电机运行状态。

PI控制器根据电机的误差信号来调整电压向量的输出。

在FPGA上，可以使用可编程逻辑来实现PI控制器的功能。

4.PWM产生：在SVPWM算法中，需要通过调制信号产生脉冲宽度调制（PWM）信号，以控制电机的转矩和速度。

在FPGA上，可以使用特定的计数器来生成PWM信号。

这可以通过编程FPGA来实现。

5.输出驱动器：最后，FPGA需要输出PWM信号来驱动电机。

可以使用外部电路或FPGA的IO引脚来连接到电机的驱动器。

驱动器可以将逻辑电平的PWM信号转换为适合电机的电压和电流信号。

在FPGA上实现SVPWM算法可以提供高度可配置和灵活的控制方式，并且可以实现高效的电机控制。

通过使用FPGA，可以根据实际需求对电机的控制算法进行调整和优化，实现更好的性能和效率。

此外，FPGA还具有可编程性和可重复使用性的优势，可以适应不同的电机类型和控制需求。

基于FPGA的直流电机PWM控制器设计2009年11月9日摘要：利用FPGA可编程芯片及Verilog HDL语言实现了对直流电机PwM控制器的设计，对直流电机速度进行控制。

介绍了用Verilog HDL语言编程实现直流电机PwM控制器的PwM产生模块、串口通信模块、转向调节模块等功能，该系统无须外接D／A转换器及模拟比较器，结构简单，控制精度高，有广泛的应用前景。

同时，控制系统中引入上位机控制功能，可方便对电机进行远程控制。

关键词：FPGA；串口通信；PwM；直流电机；实验引言传统的方法产生PwM信号电路比较复杂。

数手PWM控制只需FPGA中的内部资源就可以实现。

本文介绍了一种用单片大规模FPGA实现的发生的直流电机控制器，其中产生的PwM波具有脉冲中心对称、PwM周期和死区时间可编程等特点，且性能优异，灵活性和可靠性高，同时，加入了串行通信接日，方便加入上位机控制功能。

用数字比较器代替模拟比较器，数字比较器的一端接设定值计数器的输出，另一端接线性递增计数器输出。

当线性计数器计数值小于设定值时输出低电平，大于设定值时输出高电平。

与模拟控制相比，省去了外接的D／A转换器和模拟比较器，FPcA外部连线很少，电路更加简单。

而且通过总线数据或按键控制在系统调整脉宽数及数字比较器的设定值，从而实现对电机转速、波动等参数的灵活控制。

系统整体设计系统的整体框图如图l所示。

该系统以芯片为控制核心，通过按键或上位机设定电机速度和PwM占空比，由FPGA的I／O口控制直流电机驱动芯片驱动直流电机的转动。

转速的测量由码盘完成，速度显示数码管来实现。

本系统是基于实现电机的恒速调节而进行设计的。

系统分以下几个模块：转速调节模块，脉宽调制(PwM)模块，速度检测模块，串行通信模块。

1．1串口通信模块本设计中采取异步串行通信。

以一个字符为单位传送，需要cPu与上位机之间事先必须约定字符格式和波特率。

设计采用固定的字符传输格式：一位起始位，8位数据，一位停止位。

SPWM原理以及具体实现方法SPWM（Sinusoidal Pulse Width Modulation）是一种通过改变脉冲宽度来实现正弦波形输出的调制技术。

它是一种广泛应用于交流调速、无线电通信、音频音频处理等领域的调制技术。

本文将详细介绍SPWM的原理和具体实现方法。

一、原理SPWM的基本原理是将一个固定频率的三角波和一个可变频率的正弦波进行比较，通过改变正弦波的频率和三角波的升降沿来控制输出脉冲的宽度，从而实现输出波形的调制。

具体实现方式如下：1.生成三角波：首先需要生成一个固定频率的三角波，可以使用计数器、比较器和数字-模拟转换器等元件实现。

计数器用于产生固定频率的方波信号，比较器用于将方波信号转换为三角波信号，数字-模拟转换器用于将三角波信号转换为模拟电压信号。

2.生成正弦波：使用正弦函数生成一个可变频率的正弦波，频率根据应用需求决定。

一般使用时钟、计数器和查表法实现，通过改变时钟的计数值和查表法来调整正弦波的频率。

3.比较器：将三角波和正弦波进行比较，比较的方法可以使用电压比较器或者运算放大器进行。

根据比较结果，可以确定脉冲的宽度。

4.输出脉冲：通过改变脉冲的宽度来控制输出波形的幅值大小。

当三角波的斜率大于正弦波时，输出脉冲宽度增大；当三角波的斜率小于正弦波时，输出脉冲宽度减小。

5.滤波器：通过滤波器对输出脉冲进行处理，去除高频成分，得到带有基波的正弦波。

SPWM的具体实现方法依赖于所使用的平台和应用需求。

下面以数字信号处理平台为例，介绍SPWM的具体实现方法。

1.生成三角波：使用计数器和比较器，生成一个固定频率的三角波信号。

计数器的计数范围决定了三角波的周期，比较器将计数器的输出进行比较并产生三角波信号。

2.生成正弦波：可以通过使用FPGA或DSP等处理器实现正弦波的生成。

根据所需频率和精度，使用查表法或数学函数生成正弦波信号。

3.比较器：将三角波和正弦波进行比较，可以使用比较器模块实现比较操作。