一种基于C8051单片机的SPWM波形实现方案

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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