基于FPGA的SPWM波形发生器.doc

仿 真 报 告 摘 要 正弦波逆变电源广泛应用于电力、邮电、通信、航天等各个领域，而且随着微机技术的不断发展和普及，正弦波逆变电源的应用将越来越广。SPWM逆变控制器是正弦波逆变电源的核心中枢，它利用SPWM技术对正弦波逆变电源的频率和幅值进行控制调节。 本文提出了一种基于FPGA器件的SPWM逆变控制器的设计方法，利用Altera公司的EDA工具QuartusⅡ软件，采用自顶向下的方法对该控制器进行了详细设计。整个SPWM逆变控制器运用模块化结构设计，各模块易于移植，整个控制系统便于功能扩展和升级。 关键词：FPGA；SPWM；功能时序仿真；直接数字频率合成 Nowadays, DC-AC inverters with Sinusoid Pulse Width Modulation (SPWM) techniques are widely used in electric power, postal, telecommunications , aerospace and other fields. The SPWM controllers, which regulate the voltage and frequency by adjusting the SPWM signals, are the core of the inverters. The performance of the controller, directly determines the performance of the inverter. A design method of FPGA-based SPWM inverter controller is proposed in this thesis. Detailed design of this controller is carried out on Altera QuartusⅡsoftware, with the top-to-down approach. The SPWM inverter controller is comprised of seven functional modules, which are easy to transplant and upgrade. Therefore the whole control system can be upgraded easily. After the RTL level design is completed, simulation is made on every module Key words: Field Programmable Gate Arrays ; Sinusoid Pulse Width Modulation ;Function and Timing Simulation; Direct Digital Frenqency Synthsis 引言 新型电力电子器件和高性能微处理器的出现和发展, 使得PWM技术已成为电力电子技术中非常重要的组成部分, 多种方法可以产生SPWM脉宽调制波。常用的实现方法一种是模拟比较法, 即利用模拟电路对三角载波与正弦调制波进行比较, 产生SPWM脉冲; 另一种常用方法是利用具有的PWM发生电路的专用微处理器芯片( 如80C196MC、TMS320F240 等)产生PWM调制波。在这两种方法中, 模拟比较法特点是: 电路设计复杂, 与数字系统连接困难, 在使用微处理器时, 会导致处理器的机时增加, 对微处理器芯片要求高。 近几年来PLD 器件不断换代更新, 结合数字频率合成技术DDS, 产生一种新的SPWM形成方法, 推动了变频技术发展。DDS 技术是一种直接数字合成方法, 不需要震荡和锁相环节, 直接将波形函数进行数字离散化, 以时间为地址,幅度为量化数据,依次存入波形存储器, 使连续的数据流通过数模转换器产生需要的波形。DDS 使用基准时钟和相位累加技术控制存储器地址的变化,从而达到控制输出波形的相位,频率,幅度的变化。以往的DDS 大多使用专用芯片, 然而在某些场合, 专用DDS 芯片在控制方式、调节频率等方面与系统的要求差距很大, 需要一种更加灵活的控制方式来达到这种要求。FPGA(现场可编程门阵列)以其可靠性高、功耗低、必威体育官网网址性强、灵活的程序设计等特点, 在电子产品设计中得到广泛的应用。 1 SPWM原理 SPWM 用输出的正弦信号作为调制波, 用高频三角波作为载波, 控制逆变器的一个桥臂的上、下两个开关管导通与关断。如果在半个正弦周期内, 只有上( 下) 桥臂的开关管反复通断, 下( 上)