[發明專利]應用于嵌入式控制系統的多模式SPWM信號發生器及其信號發生方法

無效

• 申請號: 201410010938.1
• 申請日: 2014-01-09
• 公開（公告）號: CN103728952A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發明（設計）人: 于占東;楊學博;張愛華
• 申請（專利權）人: 渤海大學
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張利明

技術領域

本發明涉及應用于嵌入式控制系統的多模式SPWM信號發生器及其信號發生方法，屬于SPWM信號發生技術領域。

背景技術

SPWM信號在運動控制領域應用非常廣泛，特別是在電機拖動領域中，SPWM信號發生器是必須具備的條件之一。當前實現SPWM信號的主要技術是采用DDS模塊產生SPWM信號，或者使用微控制器模擬SPWM信號的輸出。前者需要專門的模塊電路，其成本高，可靠性一般，不利用于嵌入式系統的MCU開發；而對于后者，由于一般的微控制器或DSP沒有專門的SPWM生成模塊，因此SPWM生成的功能一般需要采用軟件實現，這將浪費大量資源，且耗時耗電，實時性差，可靠性低。至于采用模擬器件調制產生SPWM信號的方案就更是在系統復雜度和電磁兼容性方面顯出了劣勢。因而基于FPGA的SPWM內嵌模塊表現出了巨大的優勢，而Altera的Mega庫中并不提供這一模塊，就為系統開發帶來了難度。

發明內容

本發明目的是為了解決現有SPWM信號發生器采用軟件實現，實時性差、可靠性低的問題，提供了一種應用于嵌入式控制系統的多模式SPWM信號發生器及其信號發生方法。

本發明所述一種應用于嵌入式控制系統的多模式SPWM信號發生器，它包括：

用于為內置ROM、定時器、移相器、調制器和SPWM信號輸出模塊提供基準工作時鐘的全局時鐘；

用于預存正弦量的數字值，同時根據基準工作時鐘對正弦量發生器輸出正弦量的數字值的內置ROM；

用于從內置ROM中取出所述正弦量的數字值并送給移相器的正弦量發生器；

用于根據初始化時預設的相數，確定輸出相應路數的正弦量信號，再根據正弦量的數字值對相應路數的正弦量信號進行移相處理獲得處理后的正弦量信號，同時根據基準工作時鐘將處理后的正弦量信號送給調制器的移相器；

用于根據預設時間值產生觸發信號，并根據基準工作時鐘對三角波發生器進行觸發控制的定時器；

用于根據定時器的觸發信號產生三角量，并將三角量送給調制器的三角量發生器；

用于根據所述三角量對所述處理后的正弦量信號進行調制，調制成單路高低電平變化的SPWM信號，并根據基準工作時鐘輸出SPWM信號的調制器；

用于根據基準工作時鐘接收SPWM信號的SPWM信號輸出模塊。

一種應用于嵌入式控制系統的多模式SPWM信號發生方法，它包括：

用于提供基準工作時鐘的步驟；

用于預存正弦量的數字值，同時根據基準工作時鐘輸出正弦量的數字值的步驟；

用于取出所述正弦量的數字值并傳送的步驟；

用于根據初始化時預設的相數，確定輸出相應路數的正弦量信號，再根據正弦量的數字值對相應路數的正弦量信號進行移相處理獲得處理后的正弦量信號，同時根據基準工作時鐘傳送處理后的正弦量信號的步驟；

用于根據預設時間值產生觸發信號，并根據基準工作時鐘產生觸發信號的步驟；

用于根據觸發信號產生三角量，并傳送三角量的步驟；

用于根據所述三角量對所述處理后的正弦量信號進行調制，調制成單路高低電平變化的SPWM信號，并根據基準工作時鐘輸出SPWM信號的步驟；

用于根據基準工作時鐘接收SPWM信號的步驟。

本發明的優點：本發明的信號發生器或信號發生方法使用可編程邏輯器件在一片FPGA中集成，可集成任意個PWM模塊，并且其模式可根據需要設置，成本低，具有較強的設計優勢，它使用于多電機，尤其在多微特電機的控制中，用于實現速度或輸出力矩的控制。

本發明為基于verilog?HDL語言實現的模塊，能夠內嵌在FPGA或CPLD等可編程邏輯器件中使用中，可以自主設定基波頻率和調制頻率，并提供多路輸出，支持多相控制，以為多相電機控制提供支持，既可以單獨作為一個功能模塊使用，也可以作為一個嵌入式系統的子模塊使用，能夠同其他嵌入式模塊有機整合，針對不同的應用環境，實現特定的功能，它提供了高性能的外設接口控制。

本發明嵌入在FPGA或CPLD中，形成模塊化設計，幾乎不占用處理器資源，并且速度快、運行可靠，實時性好；它可根據實際需要靈活定制，對于不同的控制設備進行不同的功能和資源配置；可與其他控制模塊高度整合，減少資源占用，提高系統效率；可有效降低成本，縮短開發周期，更新升級更加便捷。

附圖說明

圖1是本發明所述多模式SPWM信號發生器的原理框圖；