Altera 公司公司 1 AN-501-1.0应用笔记应用笔记 501利用利用 MAX II CPLD 实现 脉冲宽度调制引言实现 脉冲宽度调制引言本文档详细介绍怎样利用 MAXII CPLD 来实现脉冲宽度调制 (PWM)。 本设计还利用了 MAX II CPLD 的内部用户闪存振荡器，不需要采用专门 的外部时钟。脉冲宽度调制脉冲宽度调制在 PWM 中，方波的时间周期保持不变，信号高电平的时间在变化或者 受到调制。可以改变信号的占空比和平均直流值。通过数字系统输出， PWM 是控制模拟电路非常有效的方法。 PWM 技术的几种应用包括：电信在一端对某一脉冲宽度的数据进行编码，在另一端解码。电压稳压通过改变占空比将电压稳压系统的输出电压控制到需要 的电平上。调整电源可以改变电源平均值，它是调制占空比的函数。 音频效果和放大用于声音合成。LED具有较快的开关速度， 可以通过LED亮度变化来观察PWM。 LED亮 度变化取决于由 PWM 控制的 LED 平均直流电压和电流。利用利用 MAX II CPLD 实现实现 PWM图 1 所示为 PWM 的基本结构图。 up 和 down 输入信号用于改变输出信 号的占空比。第一个模块用于产生两路频率不同的时钟，采用了 MAX II 的内部用户闪存振荡器。 DUTY_CYCLE 模块的 4 位输出信号根据 up 或 者 down 是否置位，而递增或者递减。第二个 4 位输出信号 COUNT ( 参考 计数器 ) 以第一个模块产生的较高频率工作，而不断增大。该信号和第二 模块中同一频率的 DUTY_CYCLE 进行对比。对比结果是单比特信号，分 配给最终输出信号 PWM。2007 年年 12 月，月， 1.0 版版Altera 公司公司 2应用笔记应用笔记 501：利用：利用 MAX II CPLD 实现脉冲宽度调制实现脉冲宽度调制图 1. 利用图 1. 利用MAX II器件实现脉冲宽度调制器件实现脉冲宽度调制PWM 输入包括 up 和 down 信号，用于改变输出信号的占空比。CPLD 使 用两个基本模块实现 PWM 的工作，如图 1 所示。所有输入和输出信号 都是单比特。4位可调信号DUTY_CYCLE支持输出信号有16种不同的占空比。 在本设计 实现中，输入 up 比 down 有较高的优先级。如果二者同时为高电平，输 出信号的占空比增大。设计实现设计实现可以采用 EPM240 或者其他 MAX II CPLD 来实现本设计，通过控制 MDN-B2演示板上的单色(红色) LED亮度， 改变双色(红色/绿色) LED的 颜色深浅来观察结果 ( 图 2)。 利用设计实例源代码来实现本设计，为和 LED相连的MAX II CPLD的GPIO线分配相应的控制和输出线。 PWM输 出驱动红色 LED，导致其亮度变化。两个互补信号 PWM 和 PWM_INV 驱 动双色 LED。工作频率导致了人视觉的持续效应。这样，双色 LED 的两 个颜色各占有一小段频谱，而各自的亮度变化受到 PWM 信号的控制。可 以操作演示板上的两个按钮开关来逐步产生颜色频谱段。这样，随着单色 LED 亮度的改变，演示了输出信号占空比的变化。44时钟和变量 产生模块脉冲宽度 调制信号对比模块UPDOWNCOUNTDUTY_CYCLEMAX IIAltera 公司公司 3应用笔记应用笔记 501：利用：利用 MAX II CPLD 实现脉冲宽度调制实现脉冲宽度调制图 2.图 2.MDN-B2演示板上的演示板上的PWM 演示布局 演示布局 表 1 为在 MDN-B2 演示板上实现这一设计的引脚分配。在 Quartus II 软件的 Device and Pin Options 对话框中， 把未使用的引 脚分配为 input-tristated。请参考以下的演示说明 ( 在 MDN-B2 演示板上演示该设计 )：打开演示板电源 ( 使用滑动开关 SW1)。通过演示板上 JTAG 插头 JP5 和普通编程电缆 (ByteBlasterII 或者 USB-Blaster)，把设计下载到 MAX II CPLD 中。在编程启动前和启 动过程中，保持演示板上 SW4 的按下状态不变。完成后，关断电 源，拔下 JTAG 连接器。打开演示板电源(使用滑动开关SW1)， 按下MDN-B2演示板上的up和 down (SW9/SW8) 按钮时， 观察红色 LED 的亮度变化。 双色 LED D7 显示 PWM 输出变化时的各种红色和绿色颜色组合。表 1.表 1.EPM240G引脚分配引脚分配信号引脚信号引脚pwm引脚 87pwm1引脚 71pwm3引脚 73up引脚 82pwn_inv引脚 88pwm2引脚 72pwm4引脚 74dn引脚 81MAX II CPLD 实现 pwm上/下pwm 控制输出LEDAltera 公司公司 4应用笔记应用笔记 501：利用：利用 MAX II CPLD 实现脉冲宽度调制实现脉冲宽度调制源代码源代码设计实例采用了 Verilog HDL 来实现，成功地运行在 MDN-B2 演示板 上。下面的链接提供源代码、测试台文件以及完整的 Quartus II 工程：www.altera.com/literature/an/an501_design_example.zip结论结论正如本应用笔记所示， MAX II CPLD 是利用脉冲宽度调制来实现电源控 制非常好的选择。其低功耗、快速上电和独特的内部振荡器特性是脉冲宽 度控制系统所必须的，使其成为理想的可编程逻辑器件选择。其他资源其他资源下面列出了其他资源：MAX II CPLD 主页： www.altera.com/products/devices/cpld/max2/mx2-index.jspMAX II 器件资料： www.altera.com/literature/lit-max2.jspMAX II 关断设计： www.altera.com/support/examples/max/exm-power-down.htmlMAX II 应用笔记： AN 428：MAX II CPLD设计指南 AN 422：利用MAX II CPLD实现便携式系统的功耗管理版本历史版本历史表 2 列出了本应用笔记的版本历史。表 2. 版本历史表 2. 版本历史日期和文档版本进行的改动注释日期和文档版本进行的改动注释2007 年 12 月， 1.0 版初次发布Altera 公司公司 5101 Innovation Drive San Jose, CA 95134 www.altera.com Literature Services: literaturealtera.com版权 2007 Altera公司。保留所有版权。Altera、可编程解决方案公司、程式 化Altera标识、专用器件名称和所有其他专有商标或者服务标记，除非特别声 明，均为Altera公司在美国和其他国家的商标和服务标记。所有其他产品或者 服务名称的所有权属于其各自持有人。Altera产品受美国和其他国家多种专 利、未决应用、模板著作权和版权的保护。Altera保证当前规范下的半导体产 品性能与Altera标准质保一致， 但是保留对产品和服务在没有事先通知时的升 级变更权利。除非与Altera公司的书面条款完全一致，否则Altera不承担由此 处所述信息、产品或者服务导致的责任。Altera建议客户在决定购买产品或者 服务，以及确信任何公开信息之前，阅读Altera最新版的器件规范说明。应用笔记应用笔记 501：利用：利用 MAX II CPLD 实现脉冲宽度调制实现脉冲宽度调制