《基于FPGA的便携式PWM方波信号发生器》论文分析(三)——数码管稳定显示与系统调试

一、论文概述

        基于FPGA的便携式PWM方波信号发生器是一篇由任青颖、庹忠曜、黄洵桢、李智禺和张贤宇 等人发表的一篇期刊论文。该论文主要研究了一种新型的信号发生器,旨在解决传统PWM信号发生器在移动设备信号调控中存在的精准度低和便携性差的问题 。其基于现场可编程门阵列(FPGA)技术,设计了一款便携式PWM信号发生器。该设备能够实现占空比以1%的步长可调,频率通过四个按键分别控制实现100 Hz、1 kHz、10 kHz、100 kHz的四个频率脉宽可调的方波信号发生器。系统能够以10 μs的最小分辨率在数码管上进行显示 。对于电子工程和信号处理领域的专业人士提供了一种新的解决方案,有助于提高信号发生器的性能和便携性 。

二、数码管稳定显示

          由于脉宽测量过程中所测量的为所在时刻时的测量脉冲个数,其属于始终变化的动态值,若将其直接显示,数码管的数据会以时钟信号的频率进行跳变。为确保数据的稳定与准确,需保证所显示的数据为输出信号下降沿那一刻时的测量信号个数,即需要对测量数据进行稳定处理,其数码管稳定显示电路图如图6所示:

        由于FD4CE仅在输入上升沿时工作,将输出信号F进行翻转得到FEI,原有的F下降沿即成了FEI的上升沿,此时的Q0、Q1、Q2、Q3被置为输出信号高电平截止时的测量信号个数,将OUT19至OUT0按照从高位到低位的顺序排序即可实现在数码管上的稳定输出。

四、系统性能调试

        依照上述原理搭建可控门电路,对信号产生功能与信号检测功能进行调试检测:先通过占空比按键将占空比调制至所需数据,观察数码管显示;再调制信号频率开关,观察数码管显示;最终调节多信号转换开关,用示波器观察其产生信号,其中50%占空比下脉宽测量实物图如图7所示:

        在四种不同频率的情况下,信号发生器的数码管显示均稳定无误。但在实际的加减调控测试过程中,偶尔存在波动一次开关,同时进行多次加减的情况,根据多次测试我们发现:该情况与按键波动速率存在一定关联,拨动速率越快,该情况出现的概率与跳动的幅度越小,反之则越大。

五、问题分析与改善

        对便携式信号发生器的所有元器件进行逐一检测,发现占空比跳动的根源在于按键开关自身闭合的不灵敏。当其从低电平置为高电平(即按键操作一次)时,应该仅有一次上升沿,其如图8a所示;但因技术以及操作失误等原因,按键开关在实际操作时存在抖动现象,即在短时间内产生多次上升沿,其如图8b所示:

        依照上述设计,可控门电路每捕获一次占空比按键的上升沿,其自身即进行一次相应功能。其中置数功能默认调整至50%,故而在实际操作并无明显变化,而当捕获到多次加减上升沿时,占空比即一次进行多次跳动,即出现了4.1所述之问题。

        为尽可能减少此类因硬件自身缺陷,而对便携式信号发生器性能的影响,特对按键信号进行消抖处理,将按键输入的电平信号置于时钟信号之后,保证系统所读取的仅为已稳定后的加减值,其电路设计如图9所示:

        FDC作为D型触发器,其与加减信号和置数信号相连,将其延迟一个输入周期信号的周期时间,使模100可逆置数模块无法读取抖动部分的信号电平,从而实现对数控模块的消抖。

六、实际信号检测

        将修改后的便捷式信号发生器接入示波器,针对其加减数控开关进行信号测试,将四个频率下的占空比分别调节至30%、50%、70%,其示波器PWM波检测图像如图10所示:

        每进行一次“+”“-”按键调控,占空比分别增加或减少1%,上述问题得到完美解决,并由示波器检测数据可知,该便携式PWM信号发生器的输出信号稳定且精准,并没有出现明显失真,且实际性能满足系统电气指标所需,该便携式信号发生器性能良好。

        围绕FPGA进行相关电路设计,并根据实物情况进行相关改进,可通过频率按键开关组实现PWM波,并可通过“+”“-”按键与一键置位开关,对占空比进行相关调控。同时,它能够测量自身所产生的信号以及外界输入信号的频率与占空比,并在数码管上的最小分辨率进行显示。经过标准示波器的信号检测可知该便携式PWM信号发生器的输出信号稳定且精准,并没有出现明显失真,具有精度高、便携性好、性能稳定的优点。

七、代码示例分析

        此处提供一个基于FPGA的便携式PWM方波信号发生器的示例代码的大致框架和分析。这个示例代码将使用Verilog HDL编写,这是FPGA设计中常用的硬件描述语言。

module PWM_Generator(input clk,          // 时钟信号input rst_n,        // 复位信号,低电平有效input [15:0] freq,  // 频率控制输入input [15:0] duty,  // 占空比控制输入output reg pwm_out  // PWM输出
);// 定义参数
parameter CLOCK_FREQ = 50_000_000;  // FPGA时钟频率
parameter MAX_COUNT = CLOCK_FREQ / 100;  // 最大计数器值// 计数器变量
reg [31:0] counter = 0;
reg [31:0] period = 0;
reg [31:0] high_time = 0;// 计算周期和高电平时间
always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begincounter <= 0;pwm_out <= 0;end else begincounter <= counter + 1;if (counter >= period) begincounter <= 0;pwm_out <= ~pwm_out;  // 切换输出状态endend
end// 根据频率和占空比更新周期和高电平时间
always @(posedge clk) beginif (counter == 0) beginperiod <= (CLOCK_FREQ / (freq + 1)) - 1;  // 计算周期high_time <= (period * duty) / 100;  // 计算高电平时间end
endendmodule

为了使基于FPGA的PWM方波信号发生器更加复杂和功能丰富,我们可以考虑添加以下功能:

  1. 可配置的频率和占空比:允许通过外部输入动态调整频率和占空比。
  2. 多位频率和占空比控制:使用更多的位数来控制频率和占空比,以提高分辨率。
  3. 多位输出:生成多个PWM通道,每个通道可以独立控制。
  4. 同步和异步复位:提供同步和异步复位选项,以提高系统的灵活性和可靠性。
  5. 死区时间控制:在PWM波形中添加死区时间,以防止短路和电磁干扰。
  6. 中断和事件标志:在特定的PWM事件(如周期结束)时生成中断或事件标志。
  7. 可编程输出极性:允许用户选择PWM输出的高电平或低电平为活动电平。
  8. 动态调整和实时更新:在运行时动态调整频率和占空比,而不需要复位。

以下是一个扩展的示例代码,实现了上述部分功能:

module PWM_Generator_Advanced(input clk,          // 时钟信号input rst_n,        // 复位信号,低电平有效input sync_rst_n,   // 同步复位信号,低电平有效input [15:0] freq,  // 频率控制输入input [15:0] duty,  // 占空比控制输入input [7:0] channel_enable, // 通道使能控制output reg [7:0] pwm_out  // 多位PWM输出
);// 定义参数
parameter CLOCK_FREQ = 50_000_000;  // FPGA时钟频率
parameter MAX_COUNT = CLOCK_FREQ / 100;  // 最大计数器值// 计数器变量
reg [31:0] counter = 0;
reg [31:0] period = 0;
reg [31:0] high_time = 0;
reg [7:0] high_time_array = 0;// 动态调整频率和占空比
always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begincounter <= 0;pwm_out <= 0;end else if (!sync_rst_n) begincounter <= 0;pwm_out <= 0;end else begincounter <= counter + 1;if (counter >= period) begincounter <= 0;pwm_out <= pwm_out << 1;  // 左移一位,为下一个通道腾出空间if (channel_enable & (1 << 0)) pwm_out[0] <= ~pwm_out[0];  // 通道0if (channel_enable & (1 << 1)) pwm_out[1] <= ~pwm_out[1];  // 通道1// 继续为其他通道添加逻辑endend
end// 根据频率和占空比更新周期和高电平时间
always @(posedge clk) beginif (counter == 0) beginperiod <= (CLOCK_FREQ / (freq + 1)) - 1;  // 计算周期high_time <= (period * duty) / 100;  // 计算高电平时间high_time_array <= high_time;  // 更新高电平时间数组end
end// 动态调整频率和占空比
always @(posedge clk) beginif (counter == 0) beginperiod <= (CLOCK_FREQ / (freq + 1)) - 1;high_time <= (period * duty) / 100;for (int i = 0; i < 8; i++) beginif (channel_enable & (1 << i)) beginhigh_time_array[i] <= (period * duty) / 100;endendend
endendmodule

        这个扩展的示例代码提供了一个更复杂的PWM信号发生器,支持多位输出和动态调整频率和占空比。在实际应用中,可以根据具体需求进一步扩展和优化。

module Advanced_PWM_Generator(input wire clk,                // 主时钟input wire rst_n,              // 异步复位input wire sync_rst_n,         // 同步复位input wire [15:0] freq,        // 频率控制输入input wire [15:0] duty,        // 占空比控制输入input wire [15:0] phase,       // 相位控制输入input wire [15:0] dead_time,   // 死区时间控制输入input wire [7:0] channel_enable, // 通道使能控制output reg [7:0] pwm_out       // 多位PWM输出
);// 定义参数
parameter CLOCK_FREQ = 50_000_000;  // FPGA时钟频率
parameter MAX_COUNT = CLOCK_FREQ / 100;  // 最大计数器值// 内部变量
reg [31:0] counter = 0;
reg [31:0] period = 0;
reg [31:0] high_time = 0;
reg [31:0] low_time = 0;
reg [31:0] dead_count = 0;
reg [31:0] ramp_up = 0;
reg [31:0] ramp_down = 0;
reg [7:0] pwm_state = 0;// 计算周期、高电平时间和低电平时间
always @(posedge clk or negedge rst_n) beginif (!rst_n) begincounter <= 0;pwm_out <= 0;pwm_state <= 0;end else if (!sync_rst_n) begincounter <= 0;pwm_state <= 0;end else begincounter <= counter + 1;case (pwm_state)0: begin // 斜坡上升if (counter < ramp_up) pwm_out <= pwm_out | (1 << pwm_state);else beginpwm_state <= pwm_state + 1;counter <= 0;endend1: begin // 高电平if (counter < high_time) ;else beginpwm_state <= pwm_state + 1;counter <= 0;endend2: begin // 死区时间if (counter < dead_time) ;else beginpwm_state <= pwm_state + 1;counter <= 0;endend3: begin // 低电平if (counter < low_time) ;else beginpwm_state <= pwm_state + 1;counter <= 0;endend4: begin // 斜坡下降if (counter < ramp_down) pwm_out <= pwm_out & ~(1 << (pwm_state - 1));else beginpwm_state <= 0;counter <= 0;endenddefault: pwm_state <= 0;endcaseend
end// 根据频率、占空比、相位和死区时间更新周期、高电平时间和低电平时间
always @(posedge clk) beginif (counter == 0) beginperiod <= (CLOCK_FREQ / (freq + 1)) - 1;high_time <= (period * duty) / 100;low_time <= period - high_time - dead_time;ramp_up <= (high_time * phase) / 100;ramp_down <= (low_time * phase) / 100;dead_count <= dead_time;end
endendmodule

        这个示例代码提供了一个高度复杂的PWM信号发生器,支持多位输出、相位控制、死区时间和斜坡控制。

本文来自互联网用户投稿,该文观点仅代表作者本人,不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务,不拥有所有权,不承担相关法律责任。如若转载,请注明出处:http://www.mzph.cn/diannao/62009.shtml

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符,请联系多彩编程网进行投诉反馈email:809451989@qq.com,一经查实,立即删除!

相关文章

一个专为云原生环境设计的高性能分布式文件系统

大家好&#xff0c;今天给大家分享一款开源创新的分布式 POSIX 文件系统JuiceFS&#xff0c;旨在解决海量云存储与各类应用平台&#xff08;如大数据、机器学习、人工智能等&#xff09;之间高效对接的问题。 项目介绍 JuiceFS 是一款面向云原生设计的高性能分布式文件系统&am…

【JavaScript】图解JS中的字符串方法

&#x1f4af; 欢迎光临清清ww的博客小天地&#x1f4af; &#x1f525; 个人主页:【清清ww】&#x1f525; &#x1f4da; 系列专栏:vue3 | TypeScript &#x1f4da; &#x1f31f; 学习本无底&#xff0c;前进莫徬徨。&#x1f31f; 目录 一.字符串查找 1.length属性 2. i…

ffmpeg视频滤镜:替换部分帧-freezeframes

滤镜描述 freezeframes 官网地址 > FFmpeg Filters Documentation 这个滤镜接收两个输入&#xff0c;然后会将第一个视频中的部分帧替换为第二个视频的某一帧。 滤镜使用 参数 freezeframes AVOptions:first <int64> ..FV....... set first fra…

云计算-华为HCIA-学习笔记

笔者今年7月底考取了华为云计算方向的HCIE认证&#xff0c;回顾从IA到IE的学习和项目实战&#xff0c;想整合和分享自己的学习历程&#xff0c;欢迎志同道合的朋友们一起讨论&#xff01; 第三章&#xff1a;常见设备 交换机 二层交换机和三层交换机&#xff0c;所谓二层交换机…

问题记录-Java后端

问题记录 目录 问题记录1.多数据源使用事务注意事项&#xff1f;2.mybatis执行MySQL的存储过程&#xff1f;3.springBoot加载不到nacos配置中心的配置问题4.服务器产生大量close_wait情况 1.多数据源使用事务注意事项&#xff1f; 问题&#xff1a;在springBoot项目中多表处理数…

瑞派宠物医生 | 热爱与实践交织,专注宠物口腔健康

热爱与实践交织的兽医梦 瑞派上海乔登宠物医院院长陈德举自小便与赛鸽结下了不解之缘&#xff0c;家族中饲养赛鸽的传统不仅让他对鸟类产生了浓厚的兴趣&#xff0c;更在心中埋下了成为一名兽医的种子。在面临高考这一人生重要抉择时&#xff0c;他毫不犹豫地选择了兽医专业&am…

【AIGC】如何准确引导ChatGPT,实现精细化GPTs指令生成

博客主页&#xff1a; [小ᶻ☡꙳ᵃⁱᵍᶜ꙳] 本文专栏: AIGC | 提示词Prompt应用实例 文章目录 &#x1f4af;前言&#x1f4af;准确引导ChatGPT创建爆款小红书文案GPTs指令案例&#x1f4af; 高效开发GPTs应用的核心原则明确应用场景和目标受众构建多样化风格模板提问与引…

json格式数据集转换成yolo的txt格式数据集

这个代码是参考了两个博客 我是感觉第一篇博客可能有问题&#xff0c;然后自己做了改进&#xff0c;如果我是错误的或者正确的&#xff0c;请各位评论区说一下&#xff0c;感谢 Json格式的数据集标签转化为有效的txt格式(data_coco)_train.json-CSDN博客 COCO&#xff08;.j…

Ajax学习笔记,第一节:语法基础

Ajax学习笔记&#xff0c;第一节&#xff1a;语法基础 一、概念 1、什么是Ajax 使用浏览器的 XMLHttpRequest 对象 与服务器通信2、什么是axios Axios是一个基于Promise的JavaScript库&#xff0c;支持在浏览器和Node.js环境中使用。相较于Ajax&#xff0c;Axios提供了更多…

【ONE·基础算法 || 动态规划(二)】

总言 主要内容&#xff1a;编程题举例&#xff0c;熟悉理解动态规划类题型&#xff08;子数组、子序列问题&#xff09;。                文章目录 总言5、子数组问题&#xff08;数组中连续的一段&#xff09;5.1、最大子数组和&#xff08;medium&#xff09;5.1.…

数据库相关学习杂记-事务

ARIES&#xff08;基于语义的恢复与隔离算法&#xff09;是现代数据库理论的基础。提供了解决ACID中A、I、D重要的解决思路。 基础知识 这里先复习一下关于ACID的含义以及数据库隔离级别&#xff1a; ACID的含义 原子性&#xff08;Atomicity&#xff09;: 一个事务中被视为…

2024 java大厂面试复习总结(一)(持续更新)

10年java程序员&#xff0c;2024年正好35岁&#xff0c;2024年11月公司裁员&#xff0c;记录自己找工作时候复习的一些要点。 java基础 hashCode()与equals()的相关规定 如果两个对象相等&#xff0c;则hashcode一定也是相同的两个对象相等&#xff0c;对两个对象分别调用eq…

Python绘制太极八卦

文章目录 系列目录写在前面技术需求1. 图形绘制库的支持2. 图形绘制功能3. 参数化设计4. 绘制控制5. 数据处理6. 用户界面 完整代码代码分析1. rset() 函数2. offset() 函数3. taiji() 函数4. bagua() 函数5. 绘制过程6. 技术亮点 写在后面 系列目录 序号直达链接爱心系列1Pyth…

mfc100u.dll是什么?分享几种mfc100u.dll丢失的解决方法

mfc100u.dll 是一个动态链接库&#xff08;DLL&#xff09;文件&#xff0c;属于 Microsoft Foundation Classes (MFC) 库的一部分。MFC 是微软公司开发的一套用于快速开发 Windows 应用程序的 C 类库。mfc100u.dll 文件包含了 MFC 库中一些常用的函数和类的定义&#xff0c;这…

【JavaEE】Servlet:表白墙

文章目录 一、前端二、前置知识三、代码1、后端2、前端3、总结 四、存入数据库1、引入 mysql 的依赖&#xff0c;mysql 驱动包2、创建数据库数据表3、调整上述后端代码3.1 封装数据库操作&#xff0c;和数据库建立连接3.2 调整后端代码 一、前端 <!DOCTYPE html> <ht…

WebRTC音视频同步原理与实现详解(上)

第一章、RTP时间戳与NTP时间戳 1.1 RTP时间戳 时间戳&#xff0c;用来定义媒体负载数据的采样时刻&#xff0c;从单调线性递增的时钟中获取&#xff0c;时钟的精度由 RTP 负载数据的采样频率决定。 音频和视频的采样频率是不一样的&#xff0c;一般音频的采样频率有 8KHz、…

蓝桥杯每日真题 - 第21天

题目&#xff1a;(空间) 题目描述&#xff08;12届 C&C B组A题&#xff09; 解题思路&#xff1a; 转换单位&#xff1a; 内存总大小为 256MB&#xff0c;换算为字节&#xff1a; 25610241024268,435,456字节 计算每个整数占用空间&#xff1a; 每个 32 位整数占用…

利用Python爬虫获得1688按关键字搜索商品:技术解析

在电商领域&#xff0c;1688作为中国领先的B2B电商平台&#xff0c;其商品搜索功能对于商家来说具有极高的价值。通过获取搜索结果&#xff0c;商家可以更好地了解市场趋势&#xff0c;优化产品标题&#xff0c;提高搜索排名。本文将介绍如何使用Python编写爬虫&#xff0c;以获…

三、计算机视觉_05MTCNN人脸检测

0、人脸识别流程概述 人脸识别流程包括两个主要步骤&#xff1a; Step1&#xff1a;人脸检测&#xff0c;确保我们处理的是正确的人脸区域 Step2&#xff1a;身份识别&#xff0c;确定该人脸的身份 0.1 人脸检测 人脸检测是从图像中定位人脸并抠出人脸区域的过程&#xff…

「Chromeg谷歌浏览器/Edge浏览器」篡改猴Tempermongkey插件的安装与使用

1. 谷歌浏览器安装及使用流程 1.1 准备篡改猴扩展程序包。 因为谷歌浏览器的扩展商城打不开&#xff0c;所以需要准备一个篡改猴压缩包。 其他浏览器只需打开扩展商城搜索篡改猴即可。 没有压缩包的可以进我主页下载。 也可直接点击下载&#xff1a;Chrome浏览器篡改猴(油猴…