آموزش پیاده‌ سازی مولد موج PWM در FPGA با زبان VHDL

PWM چیست؟ PWM، روشی برای کنترل میزان ولتاژ اعمال به بار است و با تغییر میزان قطع و وصل بودن منبع بین صفر تا صددرصد می‌توان آن را کنترل کرد. سیگنال PWM، یک قطار پالس است و میزان روشن بودن آن به کل دوره تناوب آن را، Duty Cycle یا چرخه کاری می‌نامند. از مدولاسیون پهنای پالس برای کنترل سوئیچینگ منابع تغذیه، اینورترها، کنترل دور موتور، شدت روشنایی لامپ‌ها و ... استفاده می‌شود. FPGA چیست؟ FPGA یا Field-Programmable Gate Array، یک نوع تراشه قابل برنامه‌ریزی است و به مهندسان برق و برنامه‌نویسان کمک می‌کند که سخت‌افزار را به شکل میدانی و در زمان اجرا تنظیم کنند. در واقع، FPGA می‌تواند به عنوان یک مجموعه از گیت‌ها و منطق ترکیبی قابل برنامه‌ریزی برای ایجاد مدارهای منطقی مورد نیاز عمل کند. زبان VHDL چیست؟ زبان VHDL یا VHSIC Hardware Description Language یک زبان برنامه‌نویسی است که برای توصیف سخت‌افزارها به کار می‌رود. VHSIC نیز، مخفف عبارت Very High-Speed Integrated Circuit است که به معنای مدارهای مجتمع با سرعت بسیار بالا است. VHDL، ابتدا به عنوان یک استاندارد نظامی برای توصیف مدارهای سخت‌افزاری توسعه یافت که به مرور زمان تبدیل به یک زبان استاندارد در صنعت الکترونیک دیجیتال و طراحی سخت‌افزار شده است. اهمیت یادگیری پیاده‌‌سازی مولد موج PWM در FPGA با زبان VHDL چیست؟ در منابع تغذیه سویچینگ، اینورترها و مبدل‌ها برای کنترل سوئیچ‌های الکترونیکی مانند ترانزیستورهای BJT، ترانزیستورهای MOSFET و سوئیچ‌های قدرت مانند TRIAC و IGBT از سیگنال PWM استفاده می‌شود. همچنین برای کنترل سروو موتور‌ها نیز به سیگنال PWM نیاز داریم. برای تولید موج PWM، می‌توان از آی‌سی ۵۵۵، میکروکنترلرها یا از FPGAها استفاده کرد. آی‌سی ۵۵۵ و میکروکنترلرها برای تولید موج‌های PWM با فرکانس‌های پایین کاربرد دارند. برای تولید موج‌های PWM با فرکانس بالا، نیاز است که با نحوه پیاده‌سازی آن در FPGA توسط زبان‌های برنامه‌نویسی سخت‌افزار مانند VHDL یا Verilog آشنا شویم. در این فرادرس چه چیزی یاد می‌گیریم؟ در این دوره آموزشی، ابتدا با نحوه تولید سیگنال فرکانس پایین از روی سیگنال فرکانس بالای کلاک آشنا می‌شویم، سپس با Fast PWM و Correct Phase PWM آشنا شده و نحوه پیاده‌سازی آن‌ها با زبان VHDL در نرم‌افزار ISE را یاد می‌گیریم. با اضافه کردن ورودی کنترلی دیگر به ماژول طراحی‌شده، Inverted PWM یا Non Inverted PWM بودن خروجی را کنترل می‌کنیم؛ سپس نحوه ساخت مولد PWM چندکاناله را پیاده‌سازی می‌کنیم. در انتها برای ماژول‌های پیاده‌سازی‌شده تست بنچ نوشته و عملکرد آن‌ها را بررسی خواهیم کرد.

فرادرس

سپهر کوزه‌گران