基于STC系列单片机的SPWM波形实现.doc

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1、基于STC系列单片机的SPWM波形实现时间：2010-03-2414:58:56来源：现代电子技术作者：邢娅浪赵锦成孙世宇军械工程学院电气工程系摘要：文章在比较了多种生成SPWM波的技术基础上，给出了利用等效面积法来产生SPWM波形的工作原理，详细介绍了由单片机STCl2C5410AD的可编程计数器阵列PCA实现SPWM控制软件的编写过程，并给出了SPWM中断服务程序的流程图。将结果应用于由MICA421驱动器驱动的四个MOSFET器件FQAl60N08所组成的逆变桥上进行实际调试，实验结果表明，该方法具有电路简单、计算量小、实时性

2、强的优点，采用在线计算和查表技术相结合，较好的解决了实时控制的要求，具有较好的应用价值。关键词：STC12C5410AD；SPWM波0引言   近年来，随着逆变电源在各行各业应用的日益广泛，采用正弦脉宽调制(SPWM)技术控制逆变电源提高整个系统的控制效果是人们不断探索的问题。对SPWM的控制有多种实现方法，其一是采用模拟电路、数字电路等硬件电路产生SPWM波形，该方法波形稳定准确，但电路复杂、体积庞大、不能进行自动调节；其二是借助单片机、DSP等微控制器来实现SPWM的数字控制方法，由于其内部集成了多个控制电路，如PWM电路、可编

3、程计数器阵列(PCA)等，使得这种方法具有控制电路简单、运行速度快、抗干扰性强等优点。本文介绍一种利用STC系列单片机实现SPWM波形的方法，并将由STCl2C5410AD产生的单极性SPWM波应用于单相逆变电源，实验结果证明了利用其实现SPWM波形的可行性和有效性。1正弦脉宽调制技术SPWM   SPWM控制方案有两种：即单极性调制和双极性调制法。单极性法所得的SPWM信号有正、负和0三种电平，而双极性得到的只有正、负两种电平。比较二者生成的SPWM波可知：在相同载波比情况下，生成的双极性SPWM波所含谐波量较大；并且在正弦逆变电

4、源控制中，双极性SPWM波控制较复杂。因此一般采用单极性SPWM波控制的形式。   由单片机实现SPWM控制，根据其软件化方法的不同，有如下几种方法：自然采样法、对称规则法、不对称规则法和面积等效法等。理论分析发现面积等效法相对于其它方法而言，谐波较小，对谐波的抑制能力较强。而且实时控制简单，利于软件实现。因此本文采用面积等效法实现SPWM控制。   图l为SPWM面积等效法原理示意图。   假设所需的输出正弦电压为U0=Umsinωt，式中：Um为正弦波幅值。利用面积等效法正弦波小块面积S1与对应脉冲面积S2相等的原则，将正弦波的

5、正半周分为N等分，则每一等分的宽度为兀／N，计算出半个周期内N个不同的脉宽值。相关公式如下：   正弦波S1面积为：      逆变器输入直流电压为UD，脉冲面积S2与S1相等，即有：      所以第k个区间的脉冲宽度δk   式中：M为调制度。N为半个周期内的脉冲个数。综合考虑载波比、输出谐波等因素，在此N取60。由上式计算出的SPWM脉宽表是一个由窄到宽、再由宽到窄的60个值的正弦表，将其存入STC单片机的ROM中以供调用。2STC系列单片机生成SPWM波原理2．1STC系列单片机简介   STCl2系列单片机是美国STC公司

6、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CMODSFR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

7、出模式完成。图2即为PCA模块脉宽调节PWM输出模式框图。   在PCAPWM输出模式中，当CLSFR的值小于{EPCnL，CCAPnL}时，输出为低，当PCACLSFR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

8、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。2．2SPWM波生成方法   利用STC系列单片机产生S