如何利用CPLD设计PWM控制电路？

　　在直流伺服控制系统中，通过专用集成芯片或中小规模的数字集成电路构成的传统PWM控制电路往往存在电路设计复杂，体积大，抗干扰能力差以及设计困难、设计周期长等缺点因此PWM控制电路的模块化、集成化已成为发展趋势。它不仅可以使系统体积减小、重量减轻且功耗降低，同时可使系统的可靠性大大提高。随着电子技术的发展，特别是专用集成电路（ASIC）设计技术的日趋完善，数字化的电子自动化设计（EDA）工具给电子设计带来了巨大变革，尤其是硬件描述语言的出现，解决了传统电路原理图设计系统工程的诸多不便。针对以上情况，本文给出一种基于复杂可编程逻辑器件（CPLD）的PWM控制电路设计和它的仿真波形。
　　1 PWM控制电路基本原理
　　为了实现直流伺服系统的H型单极模式同频PWM可逆控制，一般需要产生四路驱动信号来实现电机的正反转切换控制。当PWM控制电路工作时，其中H桥一侧的两路驱动信号的占空比相同但相位相反，同时随控制信号改变并具有互锁功能;而另一侧上臂为低电平，下臂为高电平。另外，为防止桥路同侧对管的导通，还应当配有延时电路。设计的整体模块见图1所示。其中，d［7:0］矢量用于为微机提供调节占空比的控制信号，cs为微机提供控制电机正反转的控制信号，clk为本地晶振频率，qout［3:0］矢量为四路信号输出。其内部原理图如图2所示。
　　
　　
　　该设计可得到脉冲周期固定（用软件设置分频器I9可改变PWM开关频率，但一旦设置完毕，则其脉冲周期将固定）、占空比决定于控制信号、分辨力为1/256的PWM信号.I8模块为脉宽锁存器，可实现对来自微机的控制信号d［7:0］的锁存，d［7:0］的向量值用于决定PWM信号的占空比.clk本地晶振在经I9分频模块分频后可为PWM控制电路中I12计数器模块和I11延时模块提供内部时钟.I12计数器在每个脉冲的上升沿到来时加1，当计数器的数值为00H或由0FFH溢出时，它将跳到00H时，cao输出高电平至I7触发器模块的置位端，I7模块输出一直保持高电平。当I8锁存器的值与I12计数器中的计数值相同时，信号将通过I13比较器模块比较并输出高电平至I7模块的复位端，以使I7模块输出低电平。当计数器再次溢出时，又重复上述过程.I7为RS触发器，经过它可得到两路相位相反的脉宽调制波，并可实现互锁.I11为延时模块，可防止桥路同侧对管的导通，I10模块为脉冲分配电路，用于输出四路满足设计要求的信号.CS为I10模块的控制信号，用于控制电机的正反转。
　　2 电路设计
　　本设计采用的是Lattice半导体公司推出的is-plever开发平台，该开发平台定位于复杂设计的简单工具。它采用简明的设计流程并完整地集成了Leonardo Spectrum的VHDL综合工具和ispVMTM系统，因此，无须第三方设计工具便可完成整个设计流程。在原理设计方面，本设计采用自顶向下、层次化、模块化的设计思想，这种设计思想的优点是符合人们先抽象后具体，先整体后局部的思维习惯。其设计出的模块修改方便，不影响其它模块，且可重复使用，利用率高。本文仅就原理图中的I12计数器模块和I11延迟模块进行讨论。
　　计数器模块的VHDL程序设计如下：
　　entity counter is
　　port（clk： in std logic;
　　Q ： out std logic vector（7 downto 0）;
　　cao： out std_logic）;
　　end counter;
　　architecture a_counter of counter is
　　signal Qs： std_logic_vector（7 downto 0）;
　　signal reset： std_logic;
　　signal caolock： std_logic;
　　begin
　　process（clk，reset）
　　begin
　　if（reset=‘1）then
　　Qs＜=“00000000”;
　　elsif clkevent and clk=‘1 then
　　Qs＜=Qs+‘1;
　　end if;
　　end process;
　　reset＜=‘1 when Qs=“255” else
　　‘0;
　　caolock＜=‘1 when Qs=“0” else
　　‘0;
　　Q＜=Qs;
　　cao＜=reset or caolock;
　　end a_counter;
　　在原理图中，延迟模块必不可少，其功能是对PWM波形的上升沿进行延时，而不影响下降沿，从而确保桥路同侧不会发生短路。其模块的VHDL程序如下：
　　entity delay is
　　port（clk： in std_logic;
　　input： in std_logic_vector（1 downto 0）;
　　output:out std_logic_vector（1 downto 0）
　　end delay;
　　architecture a_delay of delay is
　　signal Q1，Q2，Q3，Q4： std_logic;
　　begin
　　process（clk）
　　begin
　　if clkevent and clk=‘1 then
　　Q3＜=Q2;
　　Q2＜=Q1;
　　Q1＜=input（1）;
　　end if;
　　end process;
　　Q4＜=not Q3;
　　output（1）＜=input（1）and Q3;
　　output（0）＜=input（0）and Q4;
　　end a_delay;
　　3 结束语
　　采用可编程逻辑器件和硬件描述语言，同时利用其供应商提供的开发工具可大大缩短数字系统的设计时间，节约新产品的开发成本，另外，还具有设计灵活，集成度高，可靠性好，抗干能力强等特点。本文设计的PWM控制电路用于某光测设备的传动装置时，取得了良好的效果.