基于STC系列单片机的SPWM波形实现

2 STC系列单片机生成SPWM波原理
2．1 STC系列单片机简介
STCl2系列单片机是美国STC公司在8051单片机标准的内核基础上改进推出的一个增强型功能的8051的单片机，从引脚到指令上完全与8051单片机兼容。最突出的特点就是其具有可编程计数器阵列PCA。以STCl2C5410AD为例，有四路可编程计数器阵列PCA／PWM。PCA含有一个特殊的16位定时器，有4个16位的捕获／比较模块与之相连。四个模块的公共时间基准由PCA定时器决定，可以通过PCA模式寄存器CMOD SFR的CPSl和CPS0位确定。每个模块可编程工作在4种模式下：上升／下降沿捕获、软件定时器、高速输出或PWM脉冲输出。文中SPWM生成功能主要靠PWM脉冲输出模式完成。图2即为PCA模块脉宽调节PWM输出模式框图。

在PCA PWM输出模式中，当CLSFR的值小于{EPCnL，CCAPnL}时，输出为低，当PCA CL SFR的值等于或大于{EPCnH，CCAPnH}时，输出为高。当CL的值由FF变为00溢出时，{EPCnH，CCAPnH}的内容装载到{EPCnL，CCAPnL}中。这样就实现了无干扰的更新PWM。要使能PWM模式，模块CCAPMn寄存器的PWMn和ECOMn位必须置位。本文中，SPWM波形是综合使用了模块O的脉宽调节(PWM)模式和模块1的16位软件定时器模式，通过软件中断的形式实现的。
与此同时，STCl2C54lO单片机还具有快速A／D转换功能。有一个lO位精度、8路通道的A／D转换器。可以方便的对输入、输出的电压、电流进行监控和显示。
2．2 SPWM波生成方法
利用STC系列单片机产生SPWM波的基本原理是：将载波周期数值赋给PCA模块l的16位捕获／比较模块寄存器CCAPlH(高8位)和CCAPlL(低8位)，PCA定时器的值CH(高八位)、CL(低八位)与模块捕获寄存器的值相比较，当两者相等时，产生PCA中断。在中断中，调用模块0的PWM脉宽调节模式，将下一个SPWM波的脉宽通过CCAP0H装载到CCAPOL中，这样就可以实现无干扰的更新PWM。
图3中即为由软件实时计算好的一路单极性SPWM波形的脉宽示意图。在每个固定的载波周期内，不同脉宽数值组成一个正弦表格的形式。若选用模块O(P3．7)输出此路SPWM，首先将模块0的PCA模块工作模式寄存器定义为8位PWM模式，将16位计数器定时器CH、CL清零，PCA PWM模式辅助寄存器O清零(保证捕获寄存器EPCOH(高八位)、EPC0L(低八位)固定为零，PWM波比较的数值只与PCA模块0的捕获寄存器CCAPOH(高八位)、CC2APOL(低八位)有关)，模块l的捕获寄存器CCAPlH(高八位)、CCAPlL(低八位)送入载波周期的高八位和第八位数值，PCA比较／捕获模块寄存器1(CCAPMl)定义为使能比较功能，允许匹配产生中断。将第一个脉宽值sin[0]装入CCAP0H，开PCA模块中断及低压检测中断，开总中断，启动PCA计数。当16位计数器／定时器的数值与模块1中捕获／比较寄存器的数值相等时，产生一个CCF中断；在中断程序中，清中断标志位，重新给模块1的捕获寄存器CCAPlH(高八位)、CCAPlL(低八位)送入载波周期的高八位和第八位数值，将16位计数器定时器CH、CL清零，中断次数i加1，将下一个脉宽数值sin[i]装入CCAPOH以备比较。同时判断是否到达最大数值N，若是，中断次数i清零，同时将脉宽数sin[i]值送入CCAP0H，完成一个循环。这样，周而复始，在P3．7引脚上将不断产生随着正弦规律变化的脉宽，从而得到准确的SPWM波。

2．3 软件设计
程序编写采用KeilC51编程语言进行，整个程序由主程序和键盘中断子程序以及PCA中断子程序组成。主程序在系统初始化后进入SPwM脉宽计算程序，计算相应的脉冲宽度，形成正弦表格，等待中断标志位以响应不同的中断。由于SPWM波是不断输出的，必须将PCA中断级别设置为最高。一旦有PCA中断标志位，即转入执行其中断子程序。图4为PCA中断子程序流程图。在中断服务程序中，注意CCF1位和CF标志位均由硬件置位，但不能自动清零，必须在中断程序中由软件清零。