基于STC系列單片機的SPWM波形實現

2 STC系列單片機生成SPWM波原理
2．1 STC系列單片機簡介
STCl2系列單片機是美國STC公司在8051單片機標準的內核基礎上改進推出的一個增強型功能的8051的單片機，從引腳到指令上完全與8051單片機兼容。最突出的特點就是其具有可編程計數器陣列PCA。以STCl2C5410AD為例，有四路可編程計數器陣列PCA／PWM。PCA含有一個特殊的16位定時器，有4個16位的捕獲／比較模塊與之相連。四個模塊的公共時間基準由PCA定時器決定，可以通過PCA模式寄存器CMOD SFR的CPSl和CPS0位確定。每個模塊可編程工作在4種模式下：上升／下降沿捕獲、軟件定時器、高速輸出或PWM脈沖輸出。文中SPWM生成功能主要靠PWM脈沖輸出模式完成。圖2即為PCA模塊脈寬調節(jié)PWM輸出模式框圖。

在PCA PWM輸出模式中，當CLSFR的值小于{EPCnL，CCAPnL}時，輸出為低，當PCA CL SFR的值等于或大于{EPCnH，CCAPnH}時，輸出為高。當CL的值由FF變?yōu)?0溢出時，{EPCnH，CCAPnH}的內容裝載到{EPCnL，CCAPnL}中。這樣就實現了無干擾的更新PWM。要使能PWM模式，模塊CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必須置位。本文中，SPWM波形是綜合使用了模塊O的脈寬調節(jié)(PWM)模式和模塊1的16位軟件定時器模式，通過軟件中斷的形式實現的。
與此同時，STCl2C54lO單片機還具有快速A／D轉換功能。有一個lO位精度、8路通道的A／D轉換器?？梢苑奖愕膶斎?、輸出的電壓、電流進行監(jiān)控和顯示。
2．2 SPWM波生成方法
利用STC系列單片機產生SPWM波的基本原理是：將載波周期數值賦給PCA模塊l的16位捕獲／比較模塊寄存器CCAPlH(高8位)和CCAPlL(低8位)，PCA定時器的值CH(高八位)、CL(低八位)與模塊捕獲寄存器的值相比較，當兩者相等時，產生PCA中斷。在中斷中，調用模塊0的PWM脈寬調節(jié)模式，將下一個SPWM波的脈寬通過CCAP0H裝載到CCAPOL中，這樣就可以實現無干擾的更新PWM。
圖3中即為由軟件實時計算好的一路單極性SPWM波形的脈寬示意圖。在每個固定的載波周期內，不同脈寬數值組成一個正弦表格的形式。若選用模塊O(P3．7)輸出此路SPWM，首先將模塊0的PCA模塊工作模式寄存器定義為8位PWM模式，將16位計數器定時器CH、CL清零，PCA PWM模式輔助寄存器O清零(保證捕獲寄存器EPCOH(高八位)、EPC0L(低八位)固定為零，PWM波比較的數值只與PCA模塊0的捕獲寄存器CCAPOH(高八位)、CC2APOL(低八位)有關)，模塊l的捕獲寄存器CCAPlH(高八位)、CCAPlL(低八位)送入載波周期的高八位和第八位數值，PCA比較／捕獲模塊寄存器1(CCAPMl)定義為使能比較功能，允許匹配產生中斷。將第一個脈寬值sin[0]裝入CCAP0H，開PCA模塊中斷及低壓檢測中斷，開總中斷，啟動PCA計數。當16位計數器／定時器的數值與模塊1中捕獲／比較寄存器的數值相等時，產生一個CCF中斷；在中斷程序中，清中斷標志位，重新給模塊1的捕獲寄存器CCAPlH(高八位)、CCAPlL(低八位)送入載波周期的高八位和第八位數值，將16位計數器定時器CH、CL清零，中斷次數i加1，將下一個脈寬數值sin[i]裝入CCAPOH以備比較。同時判斷是否到達最大數值N，若是，中斷次數i清零，同時將脈寬數sin[i]值送入CCAP0H，完成一個循環(huán)。這樣，周而復始，在P3．7引腳上將不斷產生隨著正弦規(guī)律變化的脈寬，從而得到準確的SPWM波。

2．3 軟件設計
程序編寫采用KeilC51編程語言進行，整個程序由主程序和鍵盤中斷子程序以及PCA中斷子程序組成。主程序在系統(tǒng)初始化后進入SPwM脈寬計算程序，計算相應的脈沖寬度，形成正弦表格，等待中斷標志位以響應不同的中斷。由于SPWM波是不斷輸出的，必須將PCA中斷級別設置為最高。一旦有PCA中斷標志位，即轉入執(zhí)行其中斷子程序。圖4為PCA中斷子程序流程圖。在中斷服務程序中，注意CCF1位和CF標志位均由硬件置位，但不能自動清零，必須在中斷程序中由軟件清零。