1 引言

　　正弦脈寬調制（SPWM）技術已在交流調速、直流輸電、變頻電源等領域得到廣泛應用，為了提高整個系統的控制效果，高性能SPWM脈沖形成技術一直是人們不斷探索的問題。采用模擬電路和數字電路等硬件電路來產生SPWM波形是一種切實可行的方法，但是這種實現方法控制電路復雜、抗干擾能力差、實時調節較困難。近年來，人們提出了由單片機、DSP等微控制器來實現SPWM波形的數字控制方法[1][2]，由于微控制器內部集成了很多控制電路，比如定時器、PWM電路、可編程計數器陣列等，所以使得這種實現SPWM的方法具有控制電路簡單、運行速度快、控制精度高、抗干擾能力強等優點。本文介紹了一種利用C8051單片機實現輸出頻率可變SPWM波形的方法，并將由C8051F040產生的單極性SPWM波應用于單相頻率可調逆變電源，實驗結果證實了利用C8051實現SPWM波形的可行性和有效性。

2 SPWM技術原理

　　SPWM技術的基本原理是利用一個三角波載波和一個正弦波進行比較，得到一個寬度按正弦規律變化的脈沖序列，用它們來驅動逆變器開關管的開關轉換。由微控制器來實現SPWM波形的方法有表格法、隨時計算法和實時計算法，但前兩種無實時處理能力[2]。采用實時計算法要有數學模型，其中一種較為常用的是采樣型SPWM法，它分為自然采樣法、對稱規則采樣法和不對稱規則采樣法。本文采用對稱規則采樣法，即利用經過采樣的正弦波（實際上是階梯波）與三角波相交，由交點得出脈沖寬度。圖1是典型的單極性對稱規則采樣法，它只在三角波的峰值時刻采樣正弦調制波并將采樣值保持，分別取保持值和三角波交點作為脈沖寬度時間。圖中Ts為三角波的周期，同時也是采樣周期；Ur為三角波的高，正弦波為Ucsinωt。根據三角形相似關系，得到

　　所以

　　其中，M=Uc/Ur為調制比，t為采樣點（這里為頂點采樣）的時刻。則脈沖寬度為

　　采樣點時刻t只與載波比N有關。對于圖1情況有t=kTS+θ，其中k=0，1，2，…，N-1，θ=180/N度。

圖1 對稱規則采樣法

　　在對稱規則采樣情況下，只要知道采樣點時刻t就可以確定這個采樣周期內的脈沖寬度tpw和時間間隔toff，從而可以計算出SPWM波形高、低脈沖的寬度。

3 C8051實現SPWM波形的原理及算法

3.1 C8051F系列單片機PCA簡介

　　C8051F系列單片機都具有一個可編程計數器陣列PCA，以C8051F040為例，PCA包含1個專用的16位計數器/定時器和6個16位捕捉/比較模塊，可以輸出6路PWM波形。如圖2所示，16位PCA專用計數器/定時器的時基信號可有多種選擇，可通過配置相關的系統控制器的特殊功能寄存器（SFR）來實現。每個捕捉/比較模塊有自己的I/O線CEXn，可通過配制交叉開關寄存器（XBR0）將每個模塊的I/O線連接到端口I/O；每個模塊都可配制為獨立工作，有四種工作方式：邊沿觸發捕捉、軟件定時器、高速輸

圖2 PCA原理框圖