I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7 ,   p p .   1 67 ~ 175   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 1 . p p 1 6 7 - 175          167       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Desig n and  I m ple m en tatio n of  P uls W idth  M o dula ti o n Using   H a rdw a r e/So ft w a r e Micr o Bla z e So ft - Co r e       A.   Z e mm o uri 1 ,   R.   E lg o uri 2 ,   M .   Ala r eqi 3 ,   M .   B enbra hi m 4 ,   L .   H lo u 5   1 - 5   L a b o ra to ry   o f   El e c tri c a En g in e e rin g   a n d   En e rg y   S y ste m .   F a c u lt y   o f   S c ien c e s,  Un iv e rs it y   Ib n   T o fa il   Ke n it ra ,   M o ro c c o   2, 4   L a b o ra to ry   o f   El e c tri c a En g in e e rin g   a n d   T e lec o m m u n ica ti o n s S y ste m s,  Na ti o n a S c h o o ls  o f   A p p l ied   S c ien c e s,  Un iv e rsit y   Ib n   T o f a ïl   Ke n it ra ,   M o ro c c o   3   Co m m u n it y   Co ll e g e ,   S a n a ' a ,   Ye m e n       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  0 4 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Dec   1 0 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Dec   2 0 ,   2 0 1 6       T h is  p a p e p re se n ts   a n   e m b e d d e d   c o n tr o a p p li c a ti o n   o f   c lo c k   f r e q u e n c y   to   c o n tro th e   p u lse   w id th   o f   th e   o u t p u sig n a ls,   im p lem e n ted   o n   f ield   p ro g ra m m a b le  g e a rra y .   T h is  c o n tro a ll o w th e   c re a ti o n   o f   li n e o f   P u lse - w id th   m o d u latio n   d e p e n d i n g   o n   th e   n u m b e rs  o f   c a rd   o u tp u t s,  w it h o u t   u sin g       th e   sp e c if ic  " T i m e rs   /Co u n ters "   b l o c k s th is  m e th o d   is  e ff e c ti v e   to   a d ju st  t h e   a m o u n o f   p o w e su p p li e d   to   a n   e lec tri c a c h a rg e .   T h e   p u r p o se   o f   th is  w o rk   is   to   a c h iev e   a   r e a t im e   h a rd wa re   i m p le m e n tatio n   with   h ig h e r   p e rf o r m a n c e   in   b o th   siz e   a n d   sp e e d .   P e rf o rm a n c e   o f   th e s e   d e sig n im p le m e n ted   in   f ield   p ro g r a m m a b l e   g e a rra y   v irt e x   5   c a rd ,   a n d   sig n a ls  d isp lay e d   o n   a n   a sc il o sc o p e .   K ey w o r d :   E DK/SDK   FP GA   Ver ti x 5   Mic o b laze   P W M   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A.   Z e m m o u r i,  M.   A lar eq i,   L ab o r ato r y   o f   E lec tr ical  E n g in ee r in g   a n d   E n er g y   S y s te m   Facu lt y   o f   Sc ien ce s Un i v er s it y   I b n   T o f ail ,   Ken itra ,   Mo r o cc o .   E m ail:  ab d elk ar i m . ze m m o u r i @ g m ai l.c o m alar eq i_ m o h a m m ed @ y a h o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h PW is   d ig ital  s ig n al,   s o   th v o ltag ca n   tak o n l y   t w o   v al u es.  I n   s o m v er y   s p ec if ic  ca s es ,   th e y   m a k th ir d   lev el  b y   r ev er s in g   th h ig h   v o lta g e   [ 1 ] .   A ll  th n ec es s ar y   Xili n x   h ar d w ar e/so f t w ar e   tech n iq u es   an d   p r o g r a m s   r eq u ir ed   to   i m p le m en t   an d   g e n er at p u ls e   w id th   m o d u latio n   ( P W M)   ar d ev elo p e d   in   d etail,   an d   d e m o n s tr ated   u s i n g   p r ac tical  r es u lts   f r o m   a n   ex p er im e n tal   X ili n x   b o ar d   [ 2 ] , [ 3 ] .   Usi n g   FP G A   to   g en er ate  t h e   P W p r o v id es  f lex ib ili t y   t o   m o d if y   t h d esi g n ed   cir c u it  w it h o u t   ch an g t h h ar d w ar p ar t.  I also   s u p p o r ts   s ta n d ar d   b ased   Har d w ar d escr ip tio n   lan g u ag e   d eig n .   HD L   co n f i g u r atio n   co n tain s   i n te g r a ted   VHDL   s y n t h esi s   a n d   g r ap h ical  i n ter ac ti v HD L   e n tr y   t o o ls .   A s   w e   f i n d   i n   s o m ap p licatio n   o f   FP G A   B a s ed   P W C o n tr o T ec h n iq u f o r   A C   Mo to r s   [ 4 ] .   A lt h o u g h   th e   FP GA   allo w   h ig h   d eg r ee   o f   p ar allelis m   in   t h e   i m p le m e n tatio n   o f   P W alg o r ith m s ,   it   is   n ec es s ar y   to   r ed u ce   t h to tal   q u an tit y   o f   m ater ial  n ee d ed ,   k ee p in g   t h f in al  co s t to   r ea s o n ab le  p o in t [ 5 ] .   Mo s o f   th p o lar izatio n   cir cu i ts   an d   e m b ed d ed   d ig ital  ( MO tr an s i s to r s ,   r esis to r s ,   NE 5 5 5 ,   A r d u i n o ,   etc. )   ca n   d ev elo p   an d   g e n er ate  a   v ar iab le  n u m b er   o f   p u ls es,   as  w ell  a s   t h e   P W M,   b u t h e y   s t ill  li m i t   in   s u r f ac a n d   i n   I n p u t/o u tp u [ 6 ] - [ 8 ] .   T h lo w   p er ce n t ag o f   t h d ev ice  lo g ic   b lo ck s   o cc u p ied   b y   t h P W i m p le m e n tat io n   o n   th FP G A   a llo w s   t h i n te g r at io n   o f   m u ltip le  co n tr o o p er atio n s   [ 9 ] , [ 1 0 ] .   Xilin x   FP G A   i s   p r o g r a m m ab le  lo g ic  d ev ice  t h at  is   co n s id er ed   an   ef f ec t iv h ar d w ar f o r   r ap id   p r o t o ty p i n g   P W g e n e r ato r   [ 1 1 ] .   T h p u ls w id th   m o d u latio n   h as  w id el y   u s ed   in   i n d u s tr ial   co n tr o tech n o lo g y   f o r   r eg u l atin g   h i g h - p o w er   cir cu its   s u ch   as   SVP W M   ( s p ac e - v ec to r   p u ls e - w id t h   m o d u latio n )   [ 1 2 ] - [ 1 4 ]   in   th m ar k et  [ 1 5 ] .   S o m e   s tu d ie s   w er also   in tr o d u ce s   a   d esig n   o f   Mic r o   B laze   s o f co r p r o ce s s o r   s y s te m   t h at  ca n   b ac co m m o d ated   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7     1 6 7     175   168   to   ac as  PW s y s te m   b ase d   o n   th i m p le m e n tat io n   o f   b lo ck s   m e m o r ies  ( SDR AM / DDR/ DD R 2   o f   6 4   Mb y tes)  an d   ti m er s /co u n ter s   i n   th FP G A   b o ar d   [ 1 6 ] .   T h clo ck s   ar e   s u p p l y   s o u r ce   o f   all  b l o ck s   in   d ig ital   p r o c ess i n g .   I is   n ec ess ar y   i n   all  e m b ed d ed   ar ch itect u r es  in   o r d er   to   en s u r th lin es  o f   f r a m p u ls e.   T h f r eq u en cie s   v er y   h i g h   o f   th e s clo ck s   p r o v id n e w   ap p r o ac h   f o r   th co n tr o o f   th P W in   r ea ti m [ 1 7 ] .   T h r em ai n d er   o f   th i s   p ap er   is   d iv id ed   in to   f o u r   p ar ts .   T h f ir s p ar d escr ib es  th d esi g n   Mic r o B laze   e m b ed d ed   ty p m icr o p r o ce s s o r   th at  p r o g r am   i n   C .   T h s ec o n d   p ar m et h o d o lo g y   o f   w o r k ,   a ll  t h r o u g h   th h ar d w ar a n d   s o f t w ar en v ir o n m en ts .   T h th ir d   p ar t   s i m u lat io n ,   r esu lts   a n d   d is cu s s io n .   Fin al l y ,   co n cl u d in g   r e m ar k s   ar g i v e n   in   f o u r t h   p ar t.       2.   M I CRO B L A Z E   DE SI G N   T h Mic r o B laze   [ 1 8 ]   is   v ir t u al  m icr o p r o ce s s o r   th at  is   b u ilt  b y   co m b i n i n g   b lo ck s   o f   c o d ca lled   co r es  in s id Xili n x   F ield   P r o g r a m m ab le  Gate   A r r a y   ( FP GA ) . it  i s   co n tr o lled   b y   t h s y s te m   t h r o u g h   t h C   lan g u a g co n tr o in s tr u ct io n s   to   o p er ate  th 1 0 0 MH m ai n   clo ck   s i g n als   to   cr ea te  a   P W M   p u ls ( Fi g u r 1 ) .   W ca n   m an ip u late   th e   p er io d   an d   th e   g ap   b et w ee n   th e   p u ls e s .   T h er ef o r e,   w e   ca n   co n tr o l e x ter n al   cir cu i ts   a n d   d r o v th e m ,   m o to r s ,   an d   h i g h   p o w er   s en s o r s .           Fig u r e   1 .   A   m eth o d o lo g y   to   m u lti - e x ter n al  p u ls e       T h Mic r o B laze   p r o ce s s o r   ( v 8 . 1 0 a)   s o f t - co r is   h ig h l y   co n f i g u r ab le;  it  allo w s   s e lecti n g   s p ec if ic  s et   o f   ch ar ac ter is tic s   r eq u ir ed   f o r   th d esig n .   T h h ar d w ar p ar o f   th s y s te m   i s   as  s h o wn   in   F i g u r 2 ,   it  is   co m p o s ed   o f :   a.   1   P r o ce s s o r   L o ca l B u s   ( P L B )   4 . 6 .   b.   2   L o ca l M e m o r y   B u s   ( L MB )   1 . 0   ( I /DL MB   f o r   MA HB   to   1 6   Kb ) .   c.   2   L MB   B R A C o n tr o ller .   d.   1   XP S UA R T   R S2 3 2   co n n ec t o r .   e.   XP S Ge n er al  P u r p o s I ( 8 - p i n   ex te n s io n   ( XGI   E x p an s io n   Hea d er s   o f   8 - b it)) .   f.   1   C lo ck   Gen er ato r .   g.   1   Mic r o B laze   Deb u g   Mo d u le  ( MD M) .   h.   1   P r o ce s s o r   Sy s te m   R e s et  Mo d u le.   a.   The  p ro ces s o r is  t arg e te d  b y  a  C  c o d that  pro v id es  ar chi te ctural  f eat u re  t h at  incl u d es:   i.   32 - b it g en er al - p u r p o s r eg i s te r s .   j.   32 - b it in s tr u ctio n   w o r d   w ith   t h r ee   o p er an d s   an d   t w o   ad d r ess in g   m o d es.   k.   32 - b it a d d r ess   b u s .   l.   Un iq u p ip eli n e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Desig n   a n d   I m p leme n ta tio n   o f P u ls W id th   Mo d u la tio n   Usi n g   Ha r d w a r e/S o ftw a r . . . .   ( A .   Zemmo u r i)   169       Fig u r e   2 .   B lo ck   d iag r a m   o f   h a r d w ar in   p lat f o r m   s t u d io       I n   ad d itio n   to   th ese  f i x ed   ch ar ac ter is tics ,   p er f o r m a n ce   Mi cr o B laze   p r o ce s s o r   ( Fig u r 3 )   is   s et  to   allo w   s e lectio n   o f   ad d itio n a l f ea tu r es.  O n l y   t h late s t v er s io n   o f   Mic r o B laze   s u p p o r t a ll o p tio n s .           Fig u r 3 .   P er f o r m a n c o f   m icr o b laze   ( v 8 . 1 0 a )   in   th s y s te m       3.   M E T H O DO L O G O F   P RO P O SE WO RK   I n   th p lat f o r m s   Xili n x ,   th e n v ir o n m e n o f   XP S   in   E DK   p r o v id ed   an   in f i n ite  n u m b er   o f   o p tio n   f o r   th cr ea tio n   h ar d w ar an d   ch o ice  o f   em b ed d ed   co m p o n e n t s .   Mic r o b laze   m u s b co n n ec ted   w it h   its   d ev ice s   b y   P L B v 4 6   co n n ec tio n ;   ad d in g   to   t h w o r k i n g   s p ac o f   a   X P S   o u tp u p er ip h er al   8   b its   f o r   o u r   d e m o n s tr atio n   ( w ca n   ass o ciate   m o r th a n   8   b its   d ep en d   th av ailab le  o f   t h ca r d ) ,   in   th f in a le  f i les  s y s te m . b it  an d   s y s te m   _b d . b m m   i s   g e n er ated .   T h en   th ese  f iles   w a s   ex p o r ted   to   th en v ir o n m e n S DK  to   ass o ciat an d   co m p ile  w i th   C .   E v en tu al l y   i n itia lizatio n   E L F f ile  i n   t h R A b lo ck s   is   n e ce s s ar y   to   lo ad   th FP G A   [ 2 ] .       3 . 1 .   P WM   ha rd w a re .   Vir tex - 5   d ev ice  h as  3 2   g lo b al  clo ck   lin es  t h at   ca n   s u p p o r all  s eq u en tia r eso u r ce s   o n   t h d ev ices   ( P L B ,   b lo ck   R A M,   C MT ,   an d   I /O)   an d   also   d r iv lo g ic  s ig n al s .   A ll  te n   o f   th 3 2   g lo b a clo ck   lin e s   ca n   b u s ed   i n   all  r e g io n s .   On l y   g lo b al  clo ck   li n es  ar d r iv e n   b y   s lap   g lo b al  clo ck ,   w h ic h   ca n   also   b u s ed   as  a   clo ck   en ab le  cir cu it.   g lo b al  c lo ck   b u f f er   is   o f te n   d r iv e n   b y   a   C lo ck   Ma n a g e m en T ile  ( C MT )   to   eli m i n at th e   clo ck   d is tr ib u tio n   d ela y ,   o r   to   ad j u s its   d ela y   r elativ to   an o th er   clo ck .   T h er ar e   m o r g lo b al  clo ck s   th a n   C MT s ,   b u C MT   o f te n   d r iv e s   m o r th a n   o n g lo b al  clo ck   [ 1 9 ] .   Glo b al  clo ck   b u f f er s   allo w   v ar io u s   clo ck / s i g n a l   s o u r ce s   to   ac ce s s   th g lo b al  clo ck   tr ee s   an d   n ets.  T h p o s s i b le  s o u r ce s   f o r   in p u to   th g l o b al  clo ck   b u f f er s   in cl u d e:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7     1 6 7     175   170   a.   Glo b al  clo ck   in p u t s     b.   C lo ck   Ma n ag e m e n t T ile  ( C MT )   o u tp u ts   i n clu d i n g   c.   Dig ital  C lo ck   Ma n a g er s   ( DC Ms)     d.   P h ase - L o ck ed   L o o p s   ( P L L s )   e.   Oth er   g lo b al  clo ck   b u f f er   o u tp u ts   f.   Gen er al  in ter co n n ec t           Fig u r 4 .   Deta iled   P L L   clo ck   b lo ck   d iag r a m   i n   s y s te m   s c h e m atic s       T h m a in   p u r p o s o f   P L L 0   is   to   s er v as  f r eq u e n c y   s y n t h esizer   f o r   w id r an g o f   f r eq u en cie s ,   an d   to   s er v as  f ilter   f o r   in te r n al  o r   ex ter n al  clo ck s ,   in   co n j u n ctio n   w i th   t h R DR   o f   t h C MT .   T h m o d u le  o f   p h ase - lo ck ed   lo o p   ( P L L )   is   u s ed   to   g en er ate  s y s te m   c lo ck   o f   1 2 0 MH z,   i.e .   1 C L K= 8 . 3 3   n s ,   f o r   FP GA  b ased   o n   an   ex ter n a l o s cillato r   o f   1 0 0 MH [ 2 0 ] .     3 . 2 .   P WM   s o f t wa re   T h s y s te m   w as  o p er ated   th r o u g h   t h C   la n g u a g p r o g r a m   t o   g iv e   th e   P W p u ls es.  T h g a m lo o p s   an d   in s tr u ctio n s   u s ed   to   ex ec u te  r ep ea ted ly   t h s a m s er ies   o f   in s tr u ct io n s   w h ic h   in   th i s   ca s r ep r es en ts   th e   o u tp u ts   o f   th s y s te m   s ta tes.  E ac h   in s tr u ct io n   is   r ep ea ted   d ep en d in g   o n   th n u m b er   t h at  ca n   b ch o s e n   to   d eter m in t h p er io d   T   o f   ea c h   P W p u ls tr am .   is   t h to tal  n u m b er   o f   ex ec u tio n s   o f   lin es  i n   th i n f in i te   lo o p .   T h P W is   d ig ital  s i g n al,   th u s   th v o lta g m a y   ta k t wo   v alu e s   o n l y .   T h s ig n al  is   s q u ar e,   th e   lo w   le v el  g e n er all y   co r r esp o n d s   to   0   Vo lt.   Fig u r 5   s h o w s   n u m b er s   co m p ar ed   to   th cy clic  r atio ,   it  m ea n s   th at  t h t i m e   th a t t h co m p iler   m o v e s   f r o m   o n li n e   to   a n o th er ,   it n ee d s   a   P s eu d o   clo ck   p er io d   to   ex ec u te  ea c h   lin e.   " N"   is   th in te g er   lo ad   to   th at  u n d er   th lo o p   in cr e m e n ts   w h ile  al lo w in g   t h lau n d r y   to   b ac tiv i n   th e   to p   o r   b o tto m   lev el.   T h ch a n g o f   " n "   ca u s e s   a   s u cc es s iv e   ch an g o f   t h e   p er io d   an d   t h p u ls w id th ,   w h ich   g iv e s   g o o d   co n s ta n t d u t y   c y cle;  as th e s f o r m u la s   d escr ib e:     P s eu d o   p er io d =   T   / N       ( 1 )     α   Du t y   C y cle  ( P u ls W id t h   / P er io d )   ×  1 0 0     ( 2 )     a.   W h en   P u ls W id t h   0   th en   α   0 % a n d   th av er a g o u tp u v o ltag is   ze r o .   b.   W h en   P u ls W id t h   p er io d   th en   α   1 0 0 %   an d   th a v er ag o u tp u t v o lta g i s   eq u al  to   Vcc .   T h av er ag v o lta g ap p lied   to   th ex ter n a l c ir cu it i s   p r o p o r tio n al  to   th d u t y   c y cle:     Av er ag Vo lta g ( P u ls W i d th   ×  Vcc )   / P er io d                                                                            ( 3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Desig n   a n d   I m p leme n ta tio n   o f P u ls W id th   Mo d u la tio n   Usi n g   Ha r d w a r e/S o ftw a r . . . .   ( A .   Zemmo u r i)   171       Fig u r 5 .   P u ls w id th   m o d u lat ed   w av e f o r m       4.   SI M UL AT I O N,   R E SU L T AND  DIS CUSS I O N   Fig u r 6   s h o w s   t h Si m u la tio n s   o n   t h I Si m   s o f t w ar e;  th p u ls w id t h   v ar ies  in   th s a m w a y   f o r   ea ch   o f   o u tp u s i g n als,  ac co r d in g   to   a n d   " n "   th at  p r o g r am .   Fo r   t h is   ex a m p le  w a s   ei g h s i g n al s ,   w h ic h   ar e   ac tiv ated   b y   " 1 "   o r   d ea ctiv ate   " 0 "   ac c o r d in g   to   th T ab le   1 :       T ab le  1 .   E x am p le   o f   t h o u tp u t b its   o f   ea ch   p in   Ex e r n a l _ c l o c k   O n   p r o g r a m   1 0 0 0 0 0 0 0   L i n e   1   0 1 0 0 0 0 0 0   L i n e   2   0 0 1 0 0 0 0 0   L i n e   3   0 0 0 1 0 0 0 0   L i n e   4   0 0 0 0 1 0 0 0   L i n e   5   0 0 0 0 0 1 0 0   L i n e   6   0 0 0 0 0 0 1 0   L i n e   7   0 0 0 0 0 0 0 1   L i n e   8           Fig u r e   6 .   T im in g   w a v e f o r m s       T h Mic r o b laze   r eq u ir es  lo c al  m e m o r y   o f   1 6   Kb   ( ag ain s 6 4   Mb y tes  f o r   [ 1 6 ] )   f o r   th at  th p r o g r am   in   C   e n s u r es  t h e x c h an g o f   i n s tr u ctio n .   T h i s   e m b ed d ed   s y s te m   w i ll  o cc u p y   s p ac es  ( T ab le  2 )   p r etty   w ea k   i n   th FP G ch ip   a s   w el as   a   lo w   d is s ip atio n   p o w er   ( T ab l 3 )   b y   ag a in s t h [ 1 6 ]   ad d ed   to   o th er   b lo ck s   m e m o r ie s ,   ti m er s   an d   co u n ter s   th at  w ill al s o   o cc u p y   en o u g h   s p ac an d   co n s u m e n o u g h   p o w er s .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7     1 6 7     175   172   T ab le  2 .   Sp ac o cc u p ied   b y   th e   cir cu it e le m e n t s   D e v i c e   U t i l i z a t i o n   S u m mary   ( a c t u a l   v a l u e s)   S l i c e   L o g i c   U t i l i z a t i o n   U se d   A v a i l a b l e   U t i l i z a t i o n   N u mb e r   o f   S l i c e   R e g i st e r s   2 , 0 5 8   6 9 , 1 2 0   2%   N u mb e r   o f   S l i c e   L U T s   2 , 1 0 7   6 9 , 1 2 0   3%   N u mb e r   o f   o c c u p i e d   S l i c e s   1 , 0 4 9   1 7 , 2 8 0   6%   N u mb e r   o f   b o n d e d   I O B s   15   6 4 0   2%   N u mb e r   o f   B l o c k R A M / F I F O   16   1 4 8   1 0 %   N u mb e r   o f   B U F G / B U F G C T R L s   2   32   6%   N u mb e r   o f   B S C A N s   1   4   2 5 %   N u mb e r   o f   D S P 4 8 Es   3   64   4%   N u mb e r   o f   P L L _ A D V s   1   6   1 6 %       T ab le  3 .   T h p o w er   d is s ip ated   b y   t h p in   o u tp u ts   n   8   lin es   S i g n a l   N a me   I O   B a n k   N u m b e r   D r i v e   ( m A )   V o l t a g e   ( mv )   P u i ss a n c e   ( W )   Ex e r n a l _ c l o c k _ G P I O _ I O _ p i n < 0 - 3>   11   12   4 7 2   5 , 6 6 4   Ex e r n a l _ c l o c k _ G P I O _ I O _ p i n < 4 - 7>   13   12   4 7 2   5 , 6 6 4       T h ex p er im e n tal  r es u lt  w a s   d is p la y   in   t h o s cillo s co p e.   T h is   m et h o d   co m p lie s   w it h   th e   eq u atio n s   (1 - - 3 )   w h ic h   d escr ib ed   b y   t h P W as  it  i n d icate s   th e   f i g u r e s   6 ,   7   an d   8   b elo w .   I n   ca s o f   t w o   lin e s   a n d     n 1   n 2   w h ic h   g iv e s   c y clic   r atio   o f   7 5   %;  in   ca s e   o f   t wo   lin es  a n d   n 1   n 2   w h ich   g i v es  c y clic  r atio   o f   5 0   % a n d   in   th ca s o f   eig h t l in es  f o r   r ep o r o f   1 3   %.           Fig u r 7 .   P W M   α   7 5 % a n d   2           Fig u r 8 .   P W α   5 0 % a n d   2     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Desig n   a n d   I m p leme n ta tio n   o f P u ls W id th   Mo d u la tio n   Usi n g   Ha r d w a r e/S o ftw a r . . . .   ( A .   Zemmo u r i)   173       Fig u r 9 .   P W α   1 3 % a n d   8       T h cy clic  r atio   α  i s   co n tr o lled   in   th r ee   p h a s es:   a.   Fo r   α   5 0   % →  n   co n s tan t,  2 .   b.   Fo r   α   5 0   % →  n   co n s tan t,  .   c.   Fo r   α   5 0   % →  n   ,   2     4 . 1 .   Co m pere   o f   re s ults    4 . 1 . 1 .   F P G A - ba s ed  e m bed ded sy s t e m   Xilin x   p r o p o s ed   t w o   m et h o d s   to   d o   th FP GA - b ased   e m b ed d ed   s y s te m :   a.   B y   VHD L   w h ich   i s   a   p h y s ical  d escr ip tio n   o f   th cir cu it  b lo ck s   ( in p u t/o u tp u t,  clo ck ,   p r o ce s s ,   co m p o n e n t,. . . ) .   b.   B y   Mic r o B laze   e m b ed d ed   p r o ce s s o r   w it h   it s   d ev ices p r o g r a m m ed   in   C .     T h ese  t w o   m et h o d s   r el y   o n   t h FP G A   as  t h L UT s ,   R eg i s ter s ,   B UFG /B UFGC T R L s   a n d   in p u t/o u tp u t.   E x c ep t h at  t h P W o f   th Mic r o b laze   cir cu it  ex ce ed s   t h at  o f   FP G A   b y   s o m b lo ck   as   w ell  as   B SC A Ns,  D SP 4 8 E s ,   P L L _ A D Vs,  Me m o r y   u s ed   o r   B lo ck   R A M/ FIFO.     T h P L L _ A DV   b lo ck   i s   u s ed   to   g e n er ate  c lo ck   o f   1 2 0   MH z,   i.e .   1 C L =   8 ,   3 3   n s   f o r   th P W M   s y s te m   ac co r d in g   to   t h e x ter n al  o s cillato r   1 0 0   MH o f   FP G an d   to   s er v e   as a   f r eq u e n c y   f o r   w id r a n g e   o f   f r eq u en c y   s y n th e s izer .   T h D SP 4 8 E   r ec eiv es  clo ck   w ell  s y n t h e s ize  b y   th P L L _ A DV  t o   s p ee d   u p   n u m er ic   ca lcu latio n s   a n d   en s u r g o o d   q u alit y   r e s u l ts .   T h ese  b lo ck s   e m b e d d ed   in   t h FP G A   ar w el d etailed   in   tab le  4   w it h   t h eir   p er ce n tag e s   o f   u s i n   ea ch   cir c u it.       T ab le  4 .   E s p ac o cc u p é  p ar   le s   élé m e n ts   d u   cir cu it P W M,   s o it p ar   l’ i m p m e n tatio n   e n   VH DL   et  e n   u ti lis a n le  p r o ce s s eu r   e m b ar q u é   D e v i c e   U t i l i z a t i o n   S u m mary     VHD L   M i c r o b l a z e   S l i c e   L o g i c   U t i l i z a t i o n   U se d   A v a i l a b l e   U t i l i z a t i o n   U se d   A v a i l a b l e   U t i l i z a t i o n   N u mb e r   o f   S l i c e   R e g i st e r s   36   6 9 , 1 2   1%   1 , 6 4 9   6 9 , 1 2   2%   N u mb e r   o f   S l i c e   L U T s   38   6 9 , 1 2   1%   1 , 8 9 7   6 9 , 1 2   2%   N u mb e r   u se d   a s   l o g i c   37   6 9 , 1 2   1%   1 , 7 5 4   6 9 , 1 2   2%   N u mb e r   o f   o c c u p i e d   S l i c e s   12   1 7 , 2 8   1%   9 3 8   1 7 , 2 8   5%   N u mb e r   w i t h   a n   u n u se d   F l i p   F l o p   3   39   7%   9 4 5   2 , 5 9 4   3 6 %   N u mb e r   w i t h   a n   u n u se d   L U T   1   39   2%   6 9 7   2 , 5 9 4   2 6 %   N u mb e r   o f   f u l l y   u se d   L U T - F F   p a i r s   35   39   8 9 %   9 5 2   2 , 5 9 4   3 6 %   N u mb e r   o f   sl i c e   r e g i st e r   si t e s l o st     t o   c o n t r o l   se t   r e st r i c t i o n s   4   6 9 , 1 2   1%   3 4 6   6 9 , 1 2   1%   N u mb e r   o f   b o n d e d   I O B s   6   6 4 0   1%   12   6 4 0   1%   N u mb e r   o f   L O C e d   I O B s   6   6   1 0 0 %   12   12   1 0 0 %   N u mb e r   o f   B U F G / B U F G C T R L s   1   32   3%   2   32   6%   N u mb e r   o f   B S C A N s   --   --   --   1   4   2 5 %   N u mb e r   o f   D S P 4 8 Es   --   --   --   3   64   4%   N u mb e r   o f   P L L _ A D V s   --   --   --   1   6   1 6 %   N u mb e r   u se d   a s   M e mo r y   --   --   --   1 3 8   1 7 , 9 2   1%   N u mb e r   o f   B l o c k R A M / F I F O   --   --   --   4   1 4 8   2%   T o t a l   M e mo r y   u se d   ( K B )   --   --   --   1 4 4   5 , 3 2 8   2%         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 7     1 6 7     175   174   4 . 1 . 2 .   Arduin o - ba s e d e m be dd ed  s y s t e m     A r d u i n o   i s   m icr o co n tr o ller   b o ar d   b ased   o n   th A T m e g a 6 4 0   1 2 8 0 / 1 2 8 1 /2 5 6 0 /2 5 6 1 .   T h b o ar d   ca n   b p r o g r a m m ed   a n d   co n f ig u r ed   b y   t h A r d u i n o   So f t war I DE   ( I n teg r ated   Dev elo p m en E n v ir o n m e n t) .   T h is   s er ies  m icr o co n tr o ller   p r o v id es  th f o llo w i n g   f ea t u r es:  6 4 1 2 8 2 5 6 b y tes  o f     I n - S y s te m   P r o g r am m ab le  Flas h   w i th   R e ad - W h ile - W r ite  ca p ab ilit ies,  4 b y tes  E E P R OM ,   8 b y tes  SR A M,   s ix   f le x ib le   T im er /C o u n ter s   w i th   co m p ar e   m o d es   an d   P W   ( I h a s   5 4 /8 6   d ig ital p i n s   o f   in p u t /   o u tp u t 4 /1 5   w h ic h   ca n   b e   u s ed   as P W o u tp u ts )   [ 2 1 ] .   So   th e   A r d u i n o   b o ar d   d o es  n o h a v e n o u g h   r eso u r ce s ,   w h ich   o cc u p ies  le s s   s p ac co m p ar ed   to   th e   FP GA   ( eit h er   b y   t h Mic r o B laze   o r   alter n ativ el y   b y   VHD L ) .   Ho w e v er ,   I n   th ca s o f   co m p le x   p r o j ec ts ,   w h ic h   in cl u d es   th P W M,   m u s u s FP GA   b ec au s it  ca n   s u p p o r h ig h - lev e alg o r ith m s   b y   its   m e m o r y   ca p ac it y   ( i n ter n al   an d   e x ter n a m e m o r y ) .   T h p o w er   d is s ip ated   b y   t h A r d u in o   o u tp u t   p i n   i s   i n   t h e   o r d er   o f   1 6 5   m W ,   o n   th o p p o s ite  o f   th at  FP GA   o u tp u p in   is   ab o u 5 , 6 6 4   m W .   T h is   lar g d if f er en ce   in   e n er g y   co n s u m p tio n   lead s   u s   to   s a y   th at  ea ch   ca r d   f ie ld   o f   s p ec ial  u s e.   T h d iv er s it y   o f   FP GA   a n d   lo w   e n er g y   co n s u m p tio n   h elp   m ak e   t h i m p le m e n tat io n   o f   P W cir cu it  m o s r eliab le,   f le x ib le  a n d   g o o d   q u alit y   f o r   th e   co n tr o l o f   ex ter n a l c ir cu it s .   T a b le  5   ex p lain s   t h en er g y   b ala n ce   o f   t h P W cir cu it o f   ea ch   ca r d .         T ab le  5 .   L p u is s a n ce   d is s ip ée   p ar   les b r o ch es   d s o r ties   PW M   : FP GA / AR DUI NO   S i g n a l   N a me   D r i v e   ( m A )   V o l t a g e   ( mV )   P u i ss a n c e   ( mW )   P I N _ O U T   F P G A   12   4 7 2   5 6 6 4   [ 2 1 ]   P I N _ O U T   A R D U I N O   50   3 3 0 0   1 6 5 0 0 0       T h lar g p o w er   d i s s ip atio n   o f   t h A r d u i n o   i s   e x p lain ed   b y   it s   ca b le  a s s e m b l y   tr an s m is s io n   l in e s ,   w h ic h   co n s u m e s   p o w er   w h en   s tr ea m i n g   d ata.   O n   th e   o th er   h an d ,   FP G A   ar c h itect u r is   p u r el y   o n   b o ar d   w h ic h   r ed u ce s   th le n g th   o f   ca b les an d   co n s eq u e n tl y   t h d is s ip ated   en er g y .       5.   CO NCLU SI O   E m b ed d ed   cir c u its   h elp   m u c h   to   i m p r o v th ap p licatio n s   w it h   t h eir   p r o g r a m s ,   s u c h   as  th P W M,   w h ic h   d o es  n o o cc u p y   e n o u g h   s p ac in   th FP G A   ar ch itect u r s u c h   as  P W n o o cc u p y i n g   e n o u g h   s p ac i n   th FP G A   ar c h itect u r e,   w h ich   o p er ates  g i v en   m e m o r y   o r   i n s tr u ctio n   1 6   Kb ,   an d   lo w   p o w er   d is s ip atio n ,   a s   s h o w n   i n   th e   ex p er i m en tal  r esu lt s .   T h is   m eth o d   al lo w s   u s er s   to   tak e   ad v a n ta g o f   n u m b er   o f   o u tp u t s   in cl u d in g   th FP GA   b o ar d   h as   in   o r d er   to   in cr ea s th ex ter n al  ap p licatio n s   m a n a g b y   s i n g le  p lat f o r m .       RE F E R E NC E S     [1 ]   S.  M e k h il e f   a n d   N.   A .   Ra h im ,   Xi li n x   FP GA  b a se d   th re e - p h a s e   PW M   in v e rte a n d   it s   a p p li c a ti o n   fo u ti l it y   c o n n e c ted   PV   sy ste m,   in   T ENCON ' 0 2 .   P ro c e e d in g s.  IE EE   Re g io n   1 0   Co n f e re n c e   o n   Co m p u ters ,   Co m m u n ica ti o n s,  Co n tr o a n d   P o w e En g in e e rin g ,   v o l.   3 ,   p p .   2 0 7 9 - 2 0 8 2 ,   2 0 0 2 .   [2 ]   A .   Ze m m o u ri,   e a l. ,   In teg ra ti o n   a n d   Im p li m e n tatio n   S y ste m - On - A - P ro g ra m m a b le - Ch ip   (S o p c In   F P G A ,   J o u rn a o T h e o re ti c a a n d   A p p l ied   In f o rm a ti o n   T e c h n o lo g y v o l .   7 6 ,   p p .   1 2 7 - 1 3 3 ,   2 0 1 5 .   [3 ]   Z.   Zh o u ,   e a l. De sig n   o a   u n i v e rs a sp a c e   v e c to r   PW M   c o n tro ll e b a se d   o n   FP GA,   IEE i n   A p p li e d   P o w e r   El e c tro n ics   Co n f e re n c e   a n d   Ex p o siti o n   A P EC' 0 4 .   Nin e tee n t h   A n n u a l,   v o l.   3 ,   p p .   1 6 9 8 - 1 7 0 2 ,   2 0 0 4 .   [4 ]   V .   S tep h e n   a n d   P .   S u re sh I n v e stig a ti o n   o f   F P G A   Ba se d   P W M   C o n tr o T e c h n iq u e   f o A M o to rs,   In ter n a ti o n a J o u rn a o P o we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms ,   v o l /i ss u e :   3 ( 2 ) ,   p p .   1 9 3 - 1 9 9 ,   2 0 1 3 .   [5 ]   Ó.   L ó p e z ,   e a l. Co m p a riso n   o f   th e   F P GA   i m p le m e n tatio n   o f   tw o   m u lt il e v e sp a c e   v e c to P W M   a lg o rit h m s,   IEE T ra n sa c ti o n o n   In d u stri a El e c tro n ics ,   v o l.   5 5 ,   p p .   1 5 3 7 - 1 5 4 7 ,   2 0 0 8 .     [6 ]   C.   C.   W a n g ,   e a l. A ±3 . 0 7 %   f re q u e n c y   v a riatio n   c lo c k   g e n e ra to im p lem e n ted   u si n g   HV   C M OS  p r o c e ss ,   M icr o e lec tro n ics   J o u rn a l ,   v o l.   4 6 ,   p p .   2 8 5 - 2 9 0 ,   2 0 1 5 .   [7 ]   M .   Ito ,   e a l. De sig n   a n d   im p le m e n tatio n   o f   S F p ro g ra m m a b le  c lo c k   g e n e ra to rs,   Ph y sic a   C:  S u p e rc o n d u c ti v it y v o l.   4 1 2 ,   p p .   1 5 5 0 - 1 5 5 4 ,   2 0 0 4 .     [8 ]   O.  Ca d e n a s   a n d   G .   M e g so n ,   A   c lo c k in g   tec h n iq u e   f o F P G A   p ip e li n e d   d e sig n s,   J o u rn a o S y ste ms   Arc h it e c tu re ,   vo l.   5 0 ,   p p .   6 8 7 - 6 9 6 ,   2 0 0 4 .   [9 ]   E.   Ko u tr o u l is e a l. Hig h - f re q u e n c y   p u lse   w id th   m o d u lati o n   im p le m e n tatio n   u si n g   F P GA   a n d   C P L ICs,   J o u rn a o S y ste ms   Arc h it e c tu re ,   v o l.   5 2 ,   p p .   3 3 2 - 3 4 4 ,   2 0 0 6 .   [1 0 ]   M .   F a c ta,   e a l. T h e   A p p li c a ti o n   o f   F P G in   P W M   Co n tro ll e d   Re so n a n C o n v e rter  fo a n   Oz o n e   G e n e r a to r,   In ter n a ti o n a J o u r n a l   o Po we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms   ( I J PE DS ) ,   v o l /i ss u e :   3 ( 3 ) ,   p p .   3 3 6 - 3 4 3 ,   2 0 1 3 .   [1 1 ]   S.  M e k h il e f   a n d   A .   M a sa o u d ,   Xi li n x   FP GA   b a se d   mu lt il e v e PW M   sin g le  p h a se   in v e rte r,   IEE In tern a ti o n a l   Co n f e re n c e   in   In d u strial  T e c h n o l o g y   ICIT ,   p p .   2 5 9 - 2 6 4 ,   2 0 0 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Desig n   a n d   I m p leme n ta tio n   o f P u ls W id th   Mo d u la tio n   Usi n g   Ha r d w a r e/S o ftw a r . . . .   ( A .   Zemmo u r i)   175   [1 2 ]   Y.   Y.  T z o u   a n d   H.   J.  Hs u ,   F P G A   re a li z a ti o n   o f   sp a c e - v e c to P W M   c o n tro IC  f o t h re e - p h a se   P W M   i n v e rters ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   Po we r E le c tro n ics ,   v o l.   1 2 ,   p p .   9 5 3 - 9 6 3 ,   1 9 9 7 .   [1 3 ]   M .   S a ra v a n a n ,   e a l. Eff e c tu a S VP W M   T e c h n iq u e s an d   Im p le m e n tatio n   o f   F P G A Ba se d   In d u c ti o n   M o to Driv e ,   In ter n a t io n a J o u rn a o Rec o n fi g u ra b le  a n d   Em b e d d e d   S y ste ms ,   v ol /i ss u e :   1 ( 1 ) ,   p p .   11 - 1 8 ,   2 0 1 2 .   [1 4 ]   T .   S u ti k n o ,   e a l. F P G A   Ba se d   Op ti m ize d   Disc o n ti n u o u S VP W M   A lg o rit h m   f o T h re e   P h a se   V S i n   A Driv e s,   In ter n a ti o n a l   J o u r n a l   o Po we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms ,   v o l /i ss u e :   3 ( 2 ) ,   p p .   2 2 8 - 2 4 0 ,   2 0 1 3 .   [1 5 ]   A .   F ra tt a ,   e a l. Co mp a ra t ive   a n a lys is  a mo n g   DS a n d   FP GA - b a se d   c o n tro c a p a b il it ies   i n   PW M   p o we c o n v e rte rs ,   3 0 t h   A n n u a l   Co n f e r e n c e   o f   IEE E   in   I n d u strial  El e c tr o n ics   S o c iety   IECON,   v o l.   1 ,   p p .   2 5 7 - 2 6 2 ,   2 0 0 4 .   [1 6 ]   M.   R.   Kh a li l   a n d   S.   B.   M a h m o o d ,   De sig n in g   Of   A   P u lse   W id t h   M o d u latio n   S y ste m   Us in g   E m b e d d e d   S y ste m   De sig n   T e c h n iq u e s,   J o u rn a o T h e o re ti c a a n d   A p p li e d   In fo rm a ti o n   T e c h n o lo g y ,   v o l.   4 9 ,   p p .   1 0 1 - 1 0 6 ,   2 0 1 3 .     [1 7 ]   T .   Yo k o y a m a ,   e a l. In sta n ta n e o u d e a d b e a c o n tro f o PW M   in v e rte u sin g   FP GA  b a se d   h a rd w a re   c o n tro ll e r ,   T h e   2 9 th   A n n u a Co n f e re n c e   o f   th e   IEE i n   I n d u strial  El e c tro n ics   S o c iety   IECON' 0 3 ,   v o l.   1 ,   p p .   1 8 0 - 1 8 5 ,   2 0 0 3 .     [1 8 ]   M icro Blaz e   P ro c e ss o Re f e re n c e   G u id e .   ww w . x il in x . c o m .   2 0 1 1   M a rs;  UG 0 8 1   (v 1 2 . 0 ).   [1 9 ]   V irt e x - 5   F P G A   Us e G u id e .   h tt p :/ / ww w . x il in x . c o m h tt p : // ww w . x il in x . c o m /su p p o rt/ d o c u m e n tatio n /i p _ d o c u m e n tatio n .   2 0 0 8   De c e m b e r;  3 8 1   UG 1 9 0   (v 4 . 4 ).   [2 0 ]   K.   I.   Hw u   a n d   Y.   T .   Ya u ,   Ap p lyin g   a   c o u n ter - b a se d   PW M   c o n tro sc h e me   to   a n   FP GA - b a s e d   S fo rw a rd   c o n v e rte r,   In   Tw e n t y - F irst  A n n u a IEE A p p li e d   P o w e El e c tro n ics   Co n f e re n c e   a n d   Ex p o siti o n   A P EC' 0 6 - 09 ,   p p .   5 ,   2 0 0 6 .   [2 1 ]   P .   T e ik a ri,   e a l. ,   A n   in e x p e n siv e   A rd u in o - b a se d   L ED  stim u lato sy ste m   f o v isio n   re se a rc h ,   J o u r n a o f   Ne u ro sc ien c e   M e th o d s,  v o l /i ss u e :   2 1 1 (2 ) ,   p p .   2 2 7   2 3 6 ,   2 0 1 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.