一種基于C8051單片機(jī)的SPWM波形實(shí)現(xiàn)方案

出或脈寬調(diào)制器。本文中，產(chǎn)生頻率可變的SPWM波形是使用了捕捉/比較模塊的高速輸出工作方式，其原理如下：

　　當(dāng)PCA的16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器PCA0H（高8位）和PCA0L（低8位）與16位捕捉/比較模塊寄存器PCA0CPHn（高8位）和PCA0CPLn（低8位）發(fā)生匹配時(shí)，模塊的CEXn引腳上的邏輯電平將發(fā)生跳變，并產(chǎn)生一個(gè)中斷請(qǐng)求，即將控制寄存器PCA0CN中相應(yīng)的CCFn位置位，當(dāng)CCF中斷被允許時(shí)，CPU將轉(zhuǎn)向CCF中斷服務(wù)程序。如果將相應(yīng)模塊的I/O線CEXn連接到端口I/O，單片機(jī)相應(yīng)端口輸出電平即發(fā)生變化，這就可實(shí)現(xiàn)PWM脈沖的高、低電平輸出。置位PCA0CPMn寄存器中的TOGn、MATn、ECOMn和ECCFn位，將允許高速輸出方式，同時(shí)允許CCF中斷[3]。

3.2 SPWM波形生成方法

　　利用C8051的PCA計(jì)數(shù)器產(chǎn)生SPWM波形的基本原理是：在高速輸出并且允許CCF中斷方式下，不斷在CCF中斷服務(wù)程序中將事先計(jì)算好的SPWM波形的脈沖寬度累加到捕捉/比較模塊寄存器PCA0CPn（高8位PCA0CPHn和低8位PCA0CPLn）中，這樣在捕捉/比較模塊寄存器和計(jì)數(shù)器/定時(shí)器相匹配時(shí)就得到相應(yīng)的SPWM波形不斷交替的高低電平。

　　圖3中，l0、h0, l1、h1…lmax、hmax是由軟件實(shí)時(shí)計(jì)算好的一路單極性SPWM波形的高、低脈沖寬度，其中l(wèi)0= l0＇+T/2。由于輸出的是頻率可變的SPWM波形，既調(diào)制波頻率可變，所以在不同的頻率段設(shè)置有不同的載波比N，從而max的值只是相對(duì)固定的。

圖3 SPWM波形示意圖

　　如果選用捕捉/比較模塊0輸出此路SPWM，則首先將l0＇裝入16位捕捉/比較寄存器PCA0CP0中，并且將16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器PCA0H和PCA0L清零，然后啟動(dòng)PCA計(jì)數(shù)器；當(dāng)捕捉/比較寄存器的數(shù)值與計(jì)數(shù)器/定時(shí)器的數(shù)值相等時(shí)，CEX0引腳就會(huì)由原來的低電平跳變?yōu)楦唠娖?，并且產(chǎn)生一個(gè)CCF中斷；在CCF中斷程序中，將h0累加到PCA0CP0上；中斷過程中，計(jì)數(shù)器的數(shù)值是連續(xù)增加的，當(dāng)其值與改變過后的捕捉/比較寄存器的數(shù)值相等時(shí)，又會(huì)使得CEX0引腳由原來的高電平跳變?yōu)榈碗娖?，并且產(chǎn)生一個(gè)CCF中斷；然后在中斷過程中又將l1累加到PCA0CP0上。這樣，周而復(fù)始，CEX0引腳上不斷產(chǎn)生交替的高低電平，從而在其所對(duì)應(yīng)的端口I/O上得到準(zhǔn)確的SPWM波形。

3.3 PCA寄存器設(shè)置

　　為了實(shí)現(xiàn)以上SPWM波形產(chǎn)生方法，需要設(shè)置與PCA工作有關(guān)的特殊功能寄存器。具體如下：
　　1)設(shè)置方式選擇寄存器PCA0MD。
　　2)初始化捕捉/比較寄存器PCA0CPHn（高字節(jié)）和PCA0CPLn（低字節(jié)）。
　　3)設(shè)置捕捉/比較模式寄存器PCA0CPMn。
　　4)初始化計(jì)數(shù)器/定時(shí)器PCA0H（高字節(jié)）和PCA0L（低字節(jié)）。
　　5)設(shè)置控制寄存器PCA0CN。

3.4 程序流程

　　主程序流程如圖4所示，在系統(tǒng)初始化過后首先通過鍵盤設(shè)置輸出頻率，然后進(jìn)入SPWM脈寬計(jì)算程序，根據(jù)所設(shè)置頻率選擇調(diào)制比N，計(jì)算脈寬并確定max。在SPWM輸出程序中，對(duì)PCA特殊功能寄存器進(jìn)行設(shè)置并啟動(dòng)計(jì)數(shù)器運(yùn)行，開始輸出SPWM波形。

　　在中斷服務(wù)程序中，首先根據(jù)CCFn的值來判斷發(fā)生匹配的捕捉/比較模塊，然后根據(jù)該模塊CEX引腳上的電平狀態(tài)判斷是將SPWM波形的高電平脈寬值還是低電平脈寬值累加到捕捉/比較模塊寄存器上；同時(shí)，根據(jù)脈寬數(shù)據(jù)指針與max是否相等來確定一個(gè)SPWM周期的結(jié)束和下一個(gè)周期的開始，以便正確載入對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。當(dāng)載波比N發(fā)生變化時(shí)，max的值會(huì)發(fā)生變化。

圖4 程序流程圖