基于FPGA的可编程PWM电路设计

文章摘要：3.3 PWM编程PWM芯片的引脚排列如图4所示，当其在上电加载时钟后，所有通道都禁止输出。系统通过采样DataWidth来确定外围数据接口的宽度，如果采用16bits传输(DataWidth=1)，则Data[15：0]都使用；如果采用8bits传输(DataWidth=0)，则仅使用Data[7：0]，而将高8bits接地。复位(Reset_b)结束后，在片选(Cs_b)有效的情况下，可以对芯片进行读写操作。对通道的一次完整的读写包括写控制字与读写通道寄存器两个过程，写控制字选中通道内寄存器，读写通道寄存器则可获取通道寄存器信息，只有当合理的数据写入后，且在PWMH-_b有效(PWMH_b

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3.3 PWM编程

PWM芯片的引脚排列如图4所示，当其在上电加载时钟后，所有通道都禁止输出。系统通过采样DataWidth来确定外围数据接口的宽度，如果采用16bits传输(DataWidth=1)，则Data[15：0]都使用；如果采用8bits传输(DataWidth=0)，则仅使用Data[7：0]，而将高8bits接地。

复位(Reset_b)结束后，在片选(Cs_b)有效的情况下，可以对芯片进行读写操作。对通道的一次完整的读写包括写控制字与读写通道寄存器两个过程，写控制字选中通道内寄存器，读写通道寄存器则可获取通道寄存器信息，只有当合理的数据写入后，且在PWMH-_b有效(PWMH_b=1)时，PWM内部通道才使能输出信号。一般情况下，各通道的输出使能由各通道的控制字寄存器的PWM_EN位决定。

采用控制字自动备份的方式可使控制字的编程更加灵活。它既可以使同一个类型的寄存器(不同通道)一起写控制字，亦可对同一个通道一块操作。但是所有控制字命令都可以在PWM的控制字命令列表中查询。

4 PWM的仿真及验证

PWM的仿真是PWM功能验证的必要环节。可以Modelsim结合脚本文件进行仿真，并采用89C51结合FPGA验证板对整个设计进行验证。

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4.1 PWM的仿真

ModeslSim仿真主要观察PWM电路的双向IO端口以及PWM的Regs读写控制时序。对于双向端口的数据交换，可以采用读写控制结合三态门来完好地解决。而对于大量的Regs读写操作，则应通过模拟单片机对外围器件进行操作，并利用Task调用的方式来实现。本文的读写操作仿真结果如图5所示。

从图5可以看到，当采用16 bits读写时，各寄存器通过内部DataInternal数据总线的传输过程与电路设计要求完全一致。RWLogic与DataInterface模块的功能完全符合设计预想。

从图6所示的PWM波形仿真结果可见，PWM输出信号在ClkGen的CycleScale信号控制下，其周期输出编程设定的PWM波形与之完全一致，同时还能异步响应ChannelHold_b信号的输出控制。

4.2 PWM的验证

PWM的FPGA验证可采用8 bits数据接口，并用89C51做外围控制器(12 MHz)来对PWM进行操作。为了方便与单片机的接口，可将74LS373锁存器内置到PWM中，其整个数字部分设计如图7所示。

5 结束语

通过Synplify Pro编译后，其最后的结果为：

该方案的整个电路设计占用FPGA资源的35％。对于51系列的单片机而言，该PWM电路可运行的频率远远超过系统频率。因此，在读写时序上完全可以保证整个设计的可靠性。

如果将编译后的pof文件下载到APEX20KEEP20K100E TQ144-2X(Altera)fpga验证板，并采用40 MHz的FPGA时钟，那么，根据软件仿真的步骤，再将读写操作转换为单片机程序烧录到单片机，就可通过示波器清楚的看到，其实际输出与设计完全一致，非常好地实现了当初的设计要求。

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2.1 模块片选译码

该模块主要通过地址信号Addr与片选信号Cs_b的组合逻辑电路生成内部各子模块的片选信号(ControlLogic，3个通道：Channel2，Channel1，Channel0)。

2.2 控制逻辑

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