FPGA kullanarak Değişken Görev Döngüsü ile PWM Sinyalleri Oluşturma

Bu makale açıklar darbe genişlik modülasyonunun oluşturulması VHDL kullanarak FPGA üzerinde değişken görev döngülü sinyaller. PWM'nin sabit bir frekansı ve değişken bir gerilimi vardır. Bu makale ayrıca saat sinyalinin çarpıklığını azaltarak saat frekansını düşürmek için Dijital Saat Yöneticisini tartışır. Bir karşılaştırıcı kullanarak PWM sinyallerini üreten giriş verilerini üretmek için sabit bir frekans kullanılır. Elektronik şirketler, ürünlerine özel donanımı kendi standartları ve protokolleri ile tasarlar ve bu da son kullanıcıların donanımı ihtiyaçlarına göre yeniden yapılandırmalarını zorlaştırır. Bu donanım gereksinimi, müşteri tarafından yapılandırılabilir yeni bir segmentin büyümesine yol açtı FPGA olarak adlandırılan alan programlanabilir entegre devreler .

Darbe Genişliği Modülasyonu (PWM)

Darbe genişlik modülasyonu, iletişim uygulamalarında yaygın olarak kullanılmaktadır ve kontrol sistemleri . Darbe genişlik modülasyonu, kontrol sistemlerinde farklı yaklaşımlar kullanılarak üretilebilir. Burada, bu makalede PWM, Donanım Açıklama Dili (VHDL) kullanılarak oluşturulur ve FPGA üzerinde uygulanır. FPGA üzerinde PWM uygulaması, verileri daha hızlı işleyebilir ve denetleyici mimarisi alan veya hız için optimize edilebilir.

PWM, kontrollü bir süre için mantık '0' ve mantık '1' sağlayan bir tekniktir. Yüke gönderilen güç miktarını kontrol etmek için görev döngüsünün modülasyonunu içeren bir sinyal kaynağıdır. PWM'de kare dalganın zaman periyodu sabit tutulur ve sinyalin YÜKSEK kaldığı süre değişir.

PWM, çıkışında darbeleri, YÜKSEKLERİN ve DÜŞÜKLERİN ortalama değeri PWM girişiyle orantılı olacak şekilde üretir. Sinyalin görev döngüsü değiştirilebilir. Bir PWM sinyali, değişen görev döngüsüne sahip sabit periyotlu bir kare dalgadır. Yani, PWM sinyalinin frekansı sabittir, ancak sinyalin süresi yüksek kalır ve gösterildiği gibi değişir.

PWM Sinyali

VHDL

VHDL, davranışlarını tanımlamak için kullanılan bir dildir. dijital devre tasarımları . VHDL, dijital devrelerin simülasyonu amacıyla endüstriler ve akademisyenler tarafından kullanılmaktadır. Tasarımı, donanımda uygulamaya uygun biçimde simüle edilebilir ve tercüme edilebilir.

PWM Mimarisi

Çıktıları yazmaç çıkışı ile karşılaştırılan ve karşılaştırıcı yardımıyla istenen giriş görev döngüsünü saklayan yüksek hızlı bir N-bit serbest çalışan sayaç kullanarak PWM'yi oluşturmak için girdi verilerini üretmek. Karşılaştırıcı Bu değerlerin ikisi de eşit olduğunda çıktı 1 olarak ayarlanır. Bu karşılaştırıcı çıkışı, RS mandalını ayarlamak için kullanılır. Sayaçtan gelen taşma sinyali, RS mandalını sıfırlamak için kullanılır. RS mandalının çıkışı istenen PWM çıkışını verir. Bu taşma sinyali ayrıca Register'a yeni N-bit görev döngüsü yüklemek için de kullanılır. PWM'nin sabit bir frekansı ve değişken bir gerilimi vardır. Bu voltaj değeri 0V'den 5 V'a değişir.

Değişken görev döngülü PWM sinyali

Temel PWM, PWM'nin çıkışını veren sinyalleri üretir ve iki değeri karşılaştıran bir karşılaştırıcı gerektirir. İlk değer, N bit sayacı tarafından üretilen kare sinyali temsil eder ve ikinci değer, görev döngüsü hakkındaki bilgileri içeren kare sinyali temsil eder. Sayaç, bir taşma olduğunda yük sinyali üretir. Yükleme sinyali aktif hale geldiğinde, kayıt yeni görev döngüsü değerini yükler. Yük sinyali, mandalı sıfırlamak için de kullanılır. Mandal çıkışı bir PWM sinyalidir. Bu, görev döngüsü değerindeki değişiklikle değişir.

FPGA nedir?

FPGA, Alan Programlanabilir Kapı Dizisidir. Elektronik devrelerde yaygın olarak kullanılan bir cihaz türüdür. FPGA'lar yarı iletken cihazlar programlanabilir mantık blokları ve ara bağlantı devreleri içeren. İmalattan sonra gerekli fonksiyonelliğe programlanabilir veya yeniden programlanabilir.

FPGA

FPGA'nın Temelleri

Bir devre kartı üretildiğinde ve bir parçası olarak bir FPGA içeriyorsa. Bu, üretim süreci sırasında programlanır ve daha sonra bir güncelleme oluşturmak veya gerekli değişiklikleri yapmak için daha sonra yeniden programlanabilir. FPGA'nın bu özelliği onu ASIC'den benzersiz kılar. Uygulamaya Özel Entegre Devreler (ASIC), özel tasarım görevi için özel olarak üretilmiştir. Geçmişte FPGA'lar düşük hız, karmaşıklık ve hacim tasarımı geliştirmek için kullanılıyordu, ancak bugün FPGA performans engelini kolayca 500MHz'e kadar zorlayacaktır.

Mikrodenetleyicilerde, çip bir müşteri için tasarlanmıştır ve yazılımı yazmalı ve mikro denetleyiciye yüklemek için onu hex dosyasında derlemelidir. Bu yazılım, flash bellekte saklandığı için kolaylıkla değiştirilebilir. FPGA'larda yazılımı çalıştıracak işlemci yoktur ve devreyi tasarlayan biziz. Bir FPGA'yı bir AND geçidi kadar basit veya çok çekirdekli bir işlemci kadar bir kompleks yapılandırabiliriz. Bir tasarım oluşturmak için Verilog ve VHDL olmak üzere iki türden Donanım Tanımlama Dili (HDL) yazıyoruz. Daha sonra HDL, FPGA'yı yapılandırmak için bir BITGEN kullanılarak bir bit dosyası halinde sentezlenir. FPGA, yapılandırmayı RAM'de depolar, yani güç bağlantısı olmadığında yapılandırma kaybolur. Bu nedenle, her güç sağlandığında yapılandırılmaları gerekir.

FPGA mimarisi

FPGA'lar, dijital tasarımları uygulamak için elektriksel olarak programlanabilen prefabrik silikon çiplerdir. SRAM olarak adlandırılan ilk statik bellek tabanlı FPGA, bir yapılandırma bitleri akışı kullanarak hem mantığı hem de ara bağlantıyı yapılandırmak için kullanılır. Bugünün modern EPGA'sı yaklaşık 3.30.000 mantık bloğu ve yaklaşık 1.100 giriş ve çıkış içerir.

FPGA Mimarisi

FPGA'nın mimarisi üç ana bileşenden oluşur

• Mantık işlevlerini uygulayan Programlanabilir Mantık Blokları
• İşlevleri uygulayan Programlanabilir Yönlendirme (ara bağlantılar)
• Çip dışı bağlantılar yapmak için kullanılan G / Ç blokları

PWM sinyallerinin uygulamaları

PWM sinyalleri, kontrol uygulamaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. DC motorları, kontrol valflerini, pompaları, hidroliği vb. Kontrol etmek gibi. İşte PWM sinyallerinin birkaç uygulaması.

• Yavaş süreleri 10 ila 100 Hz veya daha yüksek olan ısıtma sistemleri.
• DC elektrik motorları 5 ila 10KHz
• Güç kaynakları veya ses amplifikatörleri 20 ila 200 KHz.

Bu makale tamamen PWM sinyallerinin üretimi FPGA kullanarak değişken görev döngüsü ile. Ayrıca, elektronik projeler ile ilgili herhangi bir yardım veya bu yazı ile ilgili şüpheleriniz için, aşağıda verilen yorum bölümüne yorum yaparak bizimle iletişime geçebilirsiniz.