发布时间 : 星期三 文章C8051F系列单片机产生SPWM算法大全更新完毕开始阅读e9334f62bdd126fff705cc1755270722192e59ad
3.2 SPWM波形生成方法
利用C8051的PCA计数器产生SPWM波形的基本原理是：在高速输出并且允许CCF中断方式下，不断在CCF中断服务程序中将事先计算好的SPWM波形的脉冲宽度累加到捕捉/比较模块寄存器PCA0CPn（高8位PCA0CPHn和低8位PCA0CPLn）中，这样在捕捉/比较模块寄存器和计数器/定时器相匹配时就得到相应的SPWM波形不断交替的高低电平。
图3中，l0、h0, l1、h1…lmax、hmax是由软件实时计算好的一路单极性SPWM波形的高、低脉冲宽度，其中l0= l0＇+T/2。由于输出的是频率可变的SPWM波形，既调制波频率可变，所以在不同的频率段设置有不同的载波比N，从而max的值只是相对固定的。
图3 SPWM波形示意图
如果选用捕捉/比较模块0输出此路SPWM，则首先将l0＇装入16位捕捉/比较寄存器PCA0CP0中，并且将16位计数器/定时器PCA0H和PCA0L清零，然后启动PCA计数器；当捕捉/比较寄存器的数值与计数器/定时器的数值相等时，CEX0引脚就会由原来的低电平跳变为高电平，并且产生一个CCF中断；在CCF中断程序中，将h0累加到PCA0CP0上；中断过程中，计数器的数值是连续增加的，当其值与改变过后的捕捉/比较寄存器的数值相等时，又会使得CEX0引脚由原来的高电平跳变为低电平，并且产生一个CCF中断；然后在中断过程中又将l1累加到PCA0CP0上。这样，周而复始，CEX0引脚上不断产生交替的高低电平，从而在其所对应的端口I/O上得到准确的SPWM波形。
3.3 PCA寄存器设置
为了实现以上SPWM波形产生方法，需要设置与PCA工作有关的特殊功能寄存器。具体如下：
1)设置方式选择寄存器PCA0MD。
2)初始化捕捉/比较寄存器PCA0CPHn（高字节）和PCA0CPLn（低字节）。 3)设置捕捉/比较模式寄存器PCA0CPMn。
4)初始化计数器/定时器PCA0H（高字节）和PCA0L（低字节）。 5)设置控制寄存器PCA0CN。
3.4 程序流程
主程序流程如图4所示，在系统初始化过后首先通过键盘设置输出频率，然后进入SPWM脉宽计算程序，根据所设置频率选择调制比N，计算脉宽并确定max。在SPWM输出程序中，对PCA特殊功能寄存器进行设置并启动计数器运行，开始输出SPWM波形。
在中断服务程序中，首先根据CCFn的值来判断发生匹配的捕捉/比较模块，然后根据该模块CEX引脚上的电平状态判断是将SPWM波形的高电平脉宽值还是低电平脉宽值累加到捕捉/比较模块寄存器上；同时，根据脉宽数据指针与max是否相等来确定一个SPWM周期的结束和下一个周期的开始，以便正确载入对应数据。当载波比N发生变化时，max的值会发生变化。
图4 程序流程图
应该注意的一点是，CCFn位和CF位（计数器/定时器溢出标志）由硬件置位，但不能由硬件自动清0，必须在中断程序中用软件清0。
4 最小脉冲问题分析
由于硬件原因，任何微控制器都不能输出宽度无限小的脉冲，这就使得理想SPWM脉冲序列中小于一定宽度的窄脉冲不能正常输出，即最小脉冲问题。
对于C8051单片机，它的PCA所能输出的最小脉冲取决于其中断服务程序执行的时间，所以其最小脉冲问题不容忽视。解决该问题的具体方法有：①采用汇编语言编写中断服务子程序并且应用最精简省时的指令，减小最小脉冲的宽度；②在计算SPWM波脉冲宽度时，对宽度小于PCA所能输出最小宽度的脉冲进行修正，使它们的宽度为最小脉冲的宽度；③限制调制比M，使SPWM脉冲序列中不会含有过多的小脉冲。
5 实验结果
实验主电路为单相全桥逆变电路，主开关管采用IGBT，输出100V，50-400Hz频率可调的交流电压。由单片机输出两路互补（有一定死区时间）单极性SPWM波来控制该逆变电源。
实验中，对输出SPWM波的最小脉冲问题进行了处理，采用汇编语言对中断服务子程序进行编程，使得SPWM波形中最小脉冲的宽度达到了3us，这个宽度（时间）基本达到实验中所用IGBT的最小开关周期。图4示出了两路单极性SPWM波的实验波形，图5图6分别示出了频率为200Hz和300Hz时的输出电压实验波形：
由实验波形可以看出，由C8051产生SPWM波的控制效果较好，可以准确、实时地调节输出电压的频率。
6 结论
利用C8051单片机产生SPWM波形是一种简单易行的方法，具有运算精度高、实时调节性强的特点。同时，通过改变SPWM波脉宽计算的方法，可以方便地实现双极性SPWM波形。因而，这种方法适合于对输出SPWM波形的极性、路数和频率有不同要求的场合。
参考文献
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[3]李刚,林凌. 与8051兼容的高性能、高速单片机——C8051Fxxx. 北京:北京航空航天大学出版社,2002