基于SOPC的SPWM脈沖發生器的實現
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1 SPWM產生原理
正弦脈寬調制(SPWM)技術，就是產生與正弦波等效的一系列等幅不等寬矩形脈沖波形。實現SPWM調制的方法很多，采樣型SPWM法是其中較常用的一種方法，它分自然采樣法和規則采樣法。自然采樣法是目前最好的一種SPWM實現方法，因為利用這種方法所得到的SPWM波形最接近正弦波，而數字化自然采樣法是用數字電路實現自然采樣法的方法，并且數字化自然采樣法的調制效果可以和自然采樣法的調制效果相逼近。本設計中采用數字化自然采樣法，即SPWM脈沖產生方法采用正弦調制波與三角載波相比較的傳統方法，但是正弦調制波、三角載波和比較邏輯等均采用基于FPGA的數字化方法來實現。圖1所示為SPWM波產生方式示意圖。通常采用等腰三角波作為載波，因為等腰三角波上任一點的水平寬度和高度成線性關系且左右對稱，當它與任何一個平緩變化的調制波相交時，如果在交點時刻對電路中的開關器件的通斷進行控制，就可以得到寬度正比于信號波幅值的脈沖，這正好符合正弦脈寬調制的要求。
2 基于SOPC的SPWM波形的實現
SPWM脈沖發生器的SOPC系統框圖如圖2所示。其中，Nios處理器是Ahera公司免費提供的32位CPU，作為軟核嵌入FPGA中，作為整個SOPC系統的中央處理單元，Nios之外的各個模塊接到Avalon總線上，通過Avalon總線進行數據交換。
圖2中，SPWM模塊由頻率變換、正弦調制波生成、三角載波生成、幅度調節、數據比較、死區時間這6部分組成。功能是按設定的載波比和調制度，輸出符合要求的高精度高穩定性的SPWM脈沖波；SRAM為系統提供程序運行空間和數據存儲空間。在QuartusⅡ的SOPC Builder中實現，生成SRAM控制器；Flash電路用于存儲FPGA的配置文件和NiosⅡ的軟件代碼；按鍵、LCD液晶顯示電路通過按鍵對載波比和調制度進行設定，通過Nios處理器將設定參數送至SPWM模塊，使之產生相應參數的脈沖波。LCD則顯示系統當前工作狀態的參數設置。
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