Artikel ini menjelaskan generasi modulasi lebar pulsa sinyal dengan siklus tugas variabel pada FPGA menggunakan VHDL. PWM memiliki frekuensi tetap dan tegangan variabel. Artikel ini juga membahas Digital Clock Manager untuk mengurangi frekuensi clock dengan mengurangi kemiringan sinyal clock. Frekuensi tetap digunakan untuk menghasilkan data masukan yang menghasilkan sinyal PWM menggunakan komparator. Perusahaan elektronik merancang perangkat keras yang didedikasikan untuk produk mereka dengan standar dan protokol mereka yang membuatnya menantang bagi pengguna akhir untuk mengkonfigurasi ulang perangkat keras sesuai kebutuhan mereka. Persyaratan untuk perangkat keras ini menyebabkan pertumbuhan segmen baru yang dapat dikonfigurasi pelanggan sirkuit terintegrasi yang dapat diprogram di lapangan yang disebut FPGA .
Modulasi Lebar Pulsa (PWM)
Modulasi lebar pulsa banyak digunakan dalam aplikasi komunikasi dan sistem kontrol . Modulasi lebar pulsa dapat dihasilkan dengan menggunakan pendekatan yang berbeda dalam sistem kontrol. Di sini, dalam artikel ini, PWM dibuat menggunakan Hardware Description Language (VHDL) dan diimplementasikan pada FPGA. Implementasi PWM pada FPGA dapat memproses data lebih cepat dan arsitektur pengontrol dapat dioptimalkan untuk ruang atau kecepatan.
PWM adalah teknik untuk memberikan logika '0' dan logika '1' untuk periode waktu yang terkontrol. Ini adalah sumber sinyal yang melibatkan modulasi siklus tugasnya untuk mengontrol jumlah daya yang dikirim ke beban. Dalam PWM, periode waktu gelombang persegi dijaga konstan dan waktu untuk sinyal tetap TINGGI bervariasi.
PWM menghasilkan pulsa pada outputnya sedemikian rupa sehingga nilai rata-rata TINGGI dan RENDAH sebanding dengan input PWM. Siklus kerja sinyal dapat bervariasi. Sinyal PWM adalah gelombang persegi periode konstan dengan siklus kerja yang bervariasi. Artinya, frekuensi sinyal PWM konstan, tetapi periode waktu sinyal tetap tinggi dan bervariasi seperti yang ditunjukkan.
Sinyal PWM
VHDL
VHDL adalah bahasa yang digunakan untuk mendeskripsikan perilaku desain sirkuit digital . VHDL digunakan oleh industri dan akademisi untuk tujuan simulasi sirkuit digital. Desainnya dapat disimulasikan dan diterjemahkan ke dalam bentuk yang sesuai untuk diimplementasikan pada perangkat keras.
Arsitektur PWM
Untuk menghasilkan data masukan untuk menghasilkan PWM menggunakan penghitung berjalan bebas N-bit berkecepatan tinggi, yang keluarannya dibandingkan dengan keluaran register dan menyimpan siklus tugas masukan yang diinginkan dengan bantuan komparator. Pembanding output disetel ke 1 jika kedua nilai ini sama. Output komparator ini digunakan untuk mengatur kait RS. Sinyal luapan dari penghitung digunakan untuk mengatur ulang kait RS. Itu keluaran kait RS memberikan keluaran PWM yang diinginkan. Sinyal luapan ini juga digunakan untuk memuat siklus kerja N-bit baru di Register. PWM memiliki frekuensi tetap dan tegangan variabel. Nilai tegangan ini berubah dari 0V menjadi 5 V.
Sinyal PWM dengan siklus tugas variabel
PWM dasar menghasilkan sinyal, yang memberikan keluaran PWM, membutuhkan pembanding yang membandingkan antara dua nilai. Nilai pertama mewakili sinyal kuadrat yang dihasilkan oleh pencacah bit N dan nilai kedua mewakili sinyal kuadrat yang berisi informasi tentang duty cycle. Penghitung menghasilkan sinyal beban setiap kali ada luapan. Setelah sinyal beban menjadi aktif, register memuat nilai siklus kerja yang baru. Sinyal beban juga digunakan untuk mengatur ulang kait. Keluaran latch adalah sinyal PWM. Ini bervariasi dengan perubahan nilai siklus tugas.
Apa FPGA?
FPGA adalah Field Programmable Gate Array. Ini adalah jenis perangkat yang banyak digunakan di sirkuit elektronik. FPGA adalah perangkat semikonduktor yang berisi blok logika yang dapat diprogram dan sirkuit interkoneksi. Itu dapat diprogram atau diprogram ulang ke fungsionalitas yang diperlukan setelah pembuatan.
FPGA
Dasar-dasar FPGA
Ketika papan sirkuit diproduksi dan jika itu berisi FPGA sebagai bagian darinya. Ini diprogram selama proses produksi dan selanjutnya dapat diprogram ulang nanti untuk membuat pembaruan atau membuat perubahan yang diperlukan. Fitur FPGA ini membuatnya unik dari ASIC. Sirkuit Terpadu Khusus Aplikasi (ASIC) dibuat khusus untuk tugas desain tertentu. Di masa lalu FPGA digunakan untuk mengembangkan kecepatan rendah, kompleksitas, dan desain volume, tetapi saat ini FPGA akan dengan mudah mendorong penghalang kinerja hingga 500MHz.
Dalam mikrokontroler, chip dirancang untuk pelanggan dan mereka harus menulis perangkat lunak dan mengkompilasinya ke file hex untuk dimuat ke mikrokontroler. Perangkat lunak ini dapat dengan mudah diganti karena disimpan dalam memori flash. Di FPGA, tidak ada prosesor untuk menjalankan perangkat lunak dan kamilah yang merancang sirkuitnya. Kita dapat mengkonfigurasi FPGA sesederhana gerbang AND atau serumit prosesor multi-core. Untuk membuat desain kami menulis Hardware Description Language (HDL), yang terdiri dari dua jenis - Verilog dan VHDL. Kemudian HDL disintesis menjadi file bit menggunakan BITGEN untuk mengkonfigurasi FPGA. FPGA menyimpan konfigurasi dalam RAM, yaitu konfigurasi hilang ketika tidak ada konektivitas daya. Oleh karena itu, mereka harus dikonfigurasi setiap kali daya disuplai.
Arsitektur FPGA
FPGA adalah chip silikon prefabrikasi yang dapat diprogram secara elektrik untuk menerapkan desain digital. FPGA berbasis memori statis pertama yang disebut SRAM digunakan untuk mengkonfigurasi logika dan interkoneksi menggunakan aliran bit konfigurasi. EPGA modern saat ini berisi sekitar 3.30.000 blok logika dan sekitar 1.100 masukan dan keluaran.
Arsitektur FPGA
Arsitektur FPGA terdiri dari tiga komponen utama
- Blok Logika yang Dapat Diprogram, yang mengimplementasikan fungsi logika
- Routing yang Dapat Diprogram (interkoneksi), yang mengimplementasikan fungsi
- Blok I / O, yang digunakan untuk membuat koneksi off-chip
Aplikasi sinyal PWM
Sinyal PWM banyak digunakan untuk aplikasi kontrol. Seperti mengendalikan motor DC, katup kendali, pompa, hidrolik, dll. Berikut adalah beberapa aplikasi sinyal PWM.
- Sistem pemanas dengan waktu lambat 10 hingga 100Hz atau lebih tinggi.
- Motor listrik DC 5 hingga 10KHz
- Catu daya atau amplifier audio 20 hingga 200 KHz.
Artikel ini membahas tentang generasi sinyal PWM dengan siklus tugas variabel menggunakan FPGA. Selanjutnya, untuk bantuan apa pun tentang proyek elektronik atau keraguan terkait artikel ini, Anda dapat menghubungi kami dengan mengomentari bagian komentar yang diberikan di bawah ini.
