单片机驱动CPLD的PWM正弦信号发生器设计

　　脉宽调制PWM（Pulse Width Modulation）是利用数字输出信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。

　　一、PWM原理

　　PWM 是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM 信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有（ON），要么完全无（OFF）。电压或电流源是以一种通（ON） 或断（OFF） 的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。

　　只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM 进行编码。

　　如图1 所示，用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波，正弦半波N 等分，看成N 个相连的脉冲序列，宽度相等，但幅值不等；用矩形脉冲代替，等幅，不等宽，中点重合，面积（冲量）相等，宽度按正弦规律变化。

图1 用PWM波代替正弦半波

　　SPWM 波形——脉冲宽度按正弦规律变化而和正弦波等效的PWM 波形。

　　二、基于CPLD的PWM方案

　　一个PWM 发生器必须包括计数器，数据比较器，另外就是配置PWM 参数的时钟分频寄存器和占空比寄存器，结构框图如图2 所示，这些电路都可以用CPLD 来实现。

图2 PWM控制器结构框图

　　高频时钟信号经分频器驱动计数器，计数器如图3 所示，总是从Bottom 到Top 的循环计数，计数器的输出和占空比寄存器里的数据经数据比较器比较，输出PWM 信号，当计数器输出小于占空比设定值时输出低电平（0），否则输出高电平（1），如图3（b）（c）所示。

图3 PWM信号发生器时序波形图

　　从图中还可以看出，计数器的周期就是PWM 信号的周期，通过修改占空比寄存器从而实现对输出PWM 信号高低电平比例控制，图3（b）是占空比为P1 的PWM输出，图3（c）是占空比为P2 的PWM 输出，它们周期相同，高低电平的比例不同。