做一个php连接sql网站,江苏城乡建设部网站,Wordpress加入php源码,网站seo优化免一、论文概述 基于FPGA的便携式PWM方波信号发生器是一篇由任青颖、庹忠曜、黄洵桢、李智禺和张贤宇 等人发表的一篇期刊论文。该论文主要研究了一种新型的信号发生器#xff0c;旨在解决传统PWM信号发生器在移动设备信号调控中存在的精准度低和便携性差的问题 。其基于现场可编…一、论文概述 基于FPGA的便携式PWM方波信号发生器是一篇由任青颖、庹忠曜、黄洵桢、李智禺和张贤宇 等人发表的一篇期刊论文。该论文主要研究了一种新型的信号发生器旨在解决传统PWM信号发生器在移动设备信号调控中存在的精准度低和便携性差的问题 。其基于现场可编程门阵列FPGA技术设计了一款便携式PWM信号发生器。该设备能够实现占空比以1%的步长可调频率通过四个按键分别控制实现100 Hz、1 kHz、10 kHz、100 kHz的四个频率脉宽可调的方波信号发生器。系统能够以10 μs的最小分辨率在数码管上进行显示 。对于电子工程和信号处理领域的专业人士提供了一种新的解决方案有助于提高信号发生器的性能和便携性 。
二、数码管稳定显示 由于脉宽测量过程中所测量的为所在时刻时的测量脉冲个数其属于始终变化的动态值若将其直接显示数码管的数据会以时钟信号的频率进行跳变。为确保数据的稳定与准确需保证所显示的数据为输出信号下降沿那一刻时的测量信号个数即需要对测量数据进行稳定处理其数码管稳定显示电路图如图6所示 由于FD4CE仅在输入上升沿时工作将输出信号F进行翻转得到FEI原有的F下降沿即成了FEI的上升沿此时的Q0、Q1、Q2、Q3被置为输出信号高电平截止时的测量信号个数将OUT19至OUT0按照从高位到低位的顺序排序即可实现在数码管上的稳定输出。
四、系统性能调试 依照上述原理搭建可控门电路对信号产生功能与信号检测功能进行调试检测先通过占空比按键将占空比调制至所需数据观察数码管显示再调制信号频率开关观察数码管显示最终调节多信号转换开关用示波器观察其产生信号其中50%占空比下脉宽测量实物图如图7所示 在四种不同频率的情况下信号发生器的数码管显示均稳定无误。但在实际的加减调控测试过程中偶尔存在波动一次开关同时进行多次加减的情况根据多次测试我们发现该情况与按键波动速率存在一定关联拨动速率越快该情况出现的概率与跳动的幅度越小反之则越大。
五、问题分析与改善 对便携式信号发生器的所有元器件进行逐一检测发现占空比跳动的根源在于按键开关自身闭合的不灵敏。当其从低电平置为高电平即按键操作一次时应该仅有一次上升沿其如图8a所示但因技术以及操作失误等原因按键开关在实际操作时存在抖动现象即在短时间内产生多次上升沿其如图8b所示 依照上述设计可控门电路每捕获一次占空比按键的上升沿其自身即进行一次相应功能。其中置数功能默认调整至50%故而在实际操作并无明显变化而当捕获到多次加减上升沿时占空比即一次进行多次跳动即出现了4.1所述之问题。 为尽可能减少此类因硬件自身缺陷而对便携式信号发生器性能的影响特对按键信号进行消抖处理将按键输入的电平信号置于时钟信号之后保证系统所读取的仅为已稳定后的加减值其电路设计如图9所示 FDC作为D型触发器其与加减信号和置数信号相连将其延迟一个输入周期信号的周期时间使模100可逆置数模块无法读取抖动部分的信号电平从而实现对数控模块的消抖。
六、实际信号检测 将修改后的便捷式信号发生器接入示波器针对其加减数控开关进行信号测试将四个频率下的占空比分别调节至30%、50%、70%,其示波器PWM波检测图像如图10所示 每进行一次“”“-”按键调控占空比分别增加或减少1%上述问题得到完美解决并由示波器检测数据可知该便携式PWM信号发生器的输出信号稳定且精准并没有出现明显失真且实际性能满足系统电气指标所需该便携式信号发生器性能良好。 围绕FPGA进行相关电路设计并根据实物情况进行相关改进可通过频率按键开关组实现PWM波并可通过“”“-”按键与一键置位开关对占空比进行相关调控。同时它能够测量自身所产生的信号以及外界输入信号的频率与占空比并在数码管上的最小分辨率进行显示。经过标准示波器的信号检测可知该便携式PWM信号发生器的输出信号稳定且精准并没有出现明显失真具有精度高、便携性好、性能稳定的优点。
七、代码示例分析 此处提供一个基于FPGA的便携式PWM方波信号发生器的示例代码的大致框架和分析。这个示例代码将使用Verilog HDL编写这是FPGA设计中常用的硬件描述语言。
module PWM_Generator(input clk, // 时钟信号input rst_n, // 复位信号低电平有效input [15:0] freq, // 频率控制输入input [15:0] duty, // 占空比控制输入output reg pwm_out // PWM输出
);// 定义参数
parameter CLOCK_FREQ 50_000_000; // FPGA时钟频率
parameter MAX_COUNT CLOCK_FREQ / 100; // 最大计数器值// 计数器变量
reg [31:0] counter 0;
reg [31:0] period 0;
reg [31:0] high_time 0;// 计算周期和高电平时间
always (posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begincounter 0;pwm_out 0;end else begincounter counter 1;if (counter period) begincounter 0;pwm_out ~pwm_out; // 切换输出状态endend
end// 根据频率和占空比更新周期和高电平时间
always (posedge clk) beginif (counter 0) beginperiod (CLOCK_FREQ / (freq 1)) - 1; // 计算周期high_time (period * duty) / 100; // 计算高电平时间end
endendmodule
为了使基于FPGA的PWM方波信号发生器更加复杂和功能丰富我们可以考虑添加以下功能
可配置的频率和占空比允许通过外部输入动态调整频率和占空比。多位频率和占空比控制使用更多的位数来控制频率和占空比以提高分辨率。多位输出生成多个PWM通道每个通道可以独立控制。同步和异步复位提供同步和异步复位选项以提高系统的灵活性和可靠性。死区时间控制在PWM波形中添加死区时间以防止短路和电磁干扰。中断和事件标志在特定的PWM事件如周期结束时生成中断或事件标志。可编程输出极性允许用户选择PWM输出的高电平或低电平为活动电平。动态调整和实时更新在运行时动态调整频率和占空比而不需要复位。
以下是一个扩展的示例代码实现了上述部分功能
module PWM_Generator_Advanced(input clk, // 时钟信号input rst_n, // 复位信号低电平有效input sync_rst_n, // 同步复位信号低电平有效input [15:0] freq, // 频率控制输入input [15:0] duty, // 占空比控制输入input [7:0] channel_enable, // 通道使能控制output reg [7:0] pwm_out // 多位PWM输出
);// 定义参数
parameter CLOCK_FREQ 50_000_000; // FPGA时钟频率
parameter MAX_COUNT CLOCK_FREQ / 100; // 最大计数器值// 计数器变量
reg [31:0] counter 0;
reg [31:0] period 0;
reg [31:0] high_time 0;
reg [7:0] high_time_array 0;// 动态调整频率和占空比
always (posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begincounter 0;pwm_out 0;end else if (!sync_rst_n) begincounter 0;pwm_out 0;end else begincounter counter 1;if (counter period) begincounter 0;pwm_out pwm_out 1; // 左移一位为下一个通道腾出空间if (channel_enable (1 0)) pwm_out[0] ~pwm_out[0]; // 通道0if (channel_enable (1 1)) pwm_out[1] ~pwm_out[1]; // 通道1// 继续为其他通道添加逻辑endend
end// 根据频率和占空比更新周期和高电平时间
always (posedge clk) beginif (counter 0) beginperiod (CLOCK_FREQ / (freq 1)) - 1; // 计算周期high_time (period * duty) / 100; // 计算高电平时间high_time_array high_time; // 更新高电平时间数组end
end// 动态调整频率和占空比
always (posedge clk) beginif (counter 0) beginperiod (CLOCK_FREQ / (freq 1)) - 1;high_time (period * duty) / 100;for (int i 0; i 8; i) beginif (channel_enable (1 i)) beginhigh_time_array[i] (period * duty) / 100;endendend
endendmodule 这个扩展的示例代码提供了一个更复杂的PWM信号发生器支持多位输出和动态调整频率和占空比。在实际应用中可以根据具体需求进一步扩展和优化。
module Advanced_PWM_Generator(input wire clk, // 主时钟input wire rst_n, // 异步复位input wire sync_rst_n, // 同步复位input wire [15:0] freq, // 频率控制输入input wire [15:0] duty, // 占空比控制输入input wire [15:0] phase, // 相位控制输入input wire [15:0] dead_time, // 死区时间控制输入input wire [7:0] channel_enable, // 通道使能控制output reg [7:0] pwm_out // 多位PWM输出
);// 定义参数
parameter CLOCK_FREQ 50_000_000; // FPGA时钟频率
parameter MAX_COUNT CLOCK_FREQ / 100; // 最大计数器值// 内部变量
reg [31:0] counter 0;
reg [31:0] period 0;
reg [31:0] high_time 0;
reg [31:0] low_time 0;
reg [31:0] dead_count 0;
reg [31:0] ramp_up 0;
reg [31:0] ramp_down 0;
reg [7:0] pwm_state 0;// 计算周期、高电平时间和低电平时间
always (posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begincounter 0;pwm_out 0;pwm_state 0;end else if (!sync_rst_n) begincounter 0;pwm_state 0;end else begincounter counter 1;case (pwm_state)0: begin // 斜坡上升if (counter ramp_up) pwm_out pwm_out | (1 pwm_state);else beginpwm_state pwm_state 1;counter 0;endend1: begin // 高电平if (counter high_time) ;else beginpwm_state pwm_state 1;counter 0;endend2: begin // 死区时间if (counter dead_time) ;else beginpwm_state pwm_state 1;counter 0;endend3: begin // 低电平if (counter low_time) ;else beginpwm_state pwm_state 1;counter 0;endend4: begin // 斜坡下降if (counter ramp_down) pwm_out pwm_out ~(1 (pwm_state - 1));else beginpwm_state 0;counter 0;endenddefault: pwm_state 0;endcaseend
end// 根据频率、占空比、相位和死区时间更新周期、高电平时间和低电平时间
always (posedge clk) beginif (counter 0) beginperiod (CLOCK_FREQ / (freq 1)) - 1;high_time (period * duty) / 100;low_time period - high_time - dead_time;ramp_up (high_time * phase) / 100;ramp_down (low_time * phase) / 100;dead_count dead_time;end
endendmodule 这个示例代码提供了一个高度复杂的PWM信号发生器支持多位输出、相位控制、死区时间和斜坡控制。
