STC15W4K32S4单片机带死区PWM应用示例与接口技术

增强型PWM波形发生器能够组合输出比较复杂的波形，满足特殊场合的实际应用，在解决死区控制和相位延迟控制等方面应用广泛。

【例10-7】 利用增强型PWM波形发生器产生一个如图10-11所示的重复的PWM波形：波形由PWM通道4输出，周期为20个PWM时钟，占空比为1/3，有4个PWM时钟的相位延时。

图10-11 重复输出的PWM波形

依据题意，使用PWM4输出周期性波形。由于增强型PWM的控制寄存器大多是16位地址，分布在扩展XSFR区域，需要使用DPTR指针间接寻址访问这些寄存器。程序设计步骤如下：

1）设置访问扩展XSFR区，需要对P_SW2寄存器的EAXSFR位置1。

2）配置PWM4初始输出状态为低电平。

3）配置PWM时钟，选择SELT2=0，PWM时钟=系统时钟/（PS[3：0]+1）。

4）设置PWM计数器从00开始计数，最大计数到0019。

5）设置PWM4第1次翻转计数器为0003，第2次翻转计数器为0016。

6）设置PWM4生成的波形从P2.2引脚输出，禁止PWM4中断。

7）关闭扩展的XSFR区，启动PWM开始计数，PWM4开始输出波形。

程序设计如下：

【10-8】 利用增强型PWM波形发生器产生如图10-12所示的2路互补对称输出的PWM波形：波形由PWM通道4和通道5输出，周期为20个PWM时钟，通道5的有效低电平为10个PWM时钟，通道4和通道5前端死区为2个PWM时钟，末端死区为1个PWM时钟。

图10-12 互补对称输出的PWM波形

依据题意，使用PWM4和PWM5输出互补对称周期性波形。增强型PWM的控制寄存器分布在扩展XSFR区域，需要使用DPTR指针间接寻址访问这些寄存器。程序设计步骤如下：

1）设置访问扩展XSFR区，需要对P_SW2寄存器的EAXSFR位置1。

2）配置PWM4初始输出状态为低电平，PWM5初始输出状态为高电平。

3）配置PWM时钟，选择SELT2=0，PWM时钟=系统时钟/（PS[3：0]+1）。

4）设置PWM计数器从00开始计数，最大计数到0019。

5）设置PWM4第1次翻转计数器为0003，第2次翻转计数器为0016。

6）设置PWM5第1次翻转计数器为0003，第2次翻转计数器为0015。(www.xing528.com)

7）设置PWM4生成的波形从P2.2引脚输出，禁止PWM4中断。

8）设置PWM5生成的波形从P2.3引脚输出，禁止PWM5中断。

9）关闭扩展的XSFR区，启动PWM开始计数，PWM4、PWM5开始输出波形。

程序设计如下：

SPWM是使用PWM来获得正弦波输出效果的一种技术，SPWM是一门专门的学科，在交流驱动或变频器设计领域应用广泛。

STC15W4K32S4单片机内带的6通道PWM，每路的结构相同，都包含一个15位的、对I/O口输出信号进行翻转的计数寄存器PWMnT1和PWMnT2（n=2～7）；各路PWM频率相同，输出的占空比独立可调节，并且输出始终保持同步，输出相位可任意设置。这些特性使得STC15单片机能够很方便地设计输出SPWM波形，而且可方便调节死区时间。对于桥式驱动电路，死区时间非常重要，只是STC15单片机现在还没有专门的死区控制寄存器，只能通过设置PWM占空比参数来实现死区控制。

【例10-9】 利用增强型PWM波形发生器产生如图10-13所示的2路互补SPWM波形输出：波形由PWM通道3和通道4输出单相SPWM，用于驱动由MOSFET构成的半桥式电路，两路PWM的翻转时刻相差12个时钟，以便解决桥式或半桥式死区驱动问题。

依据题意：假设系统时钟f_sys=24MHz，PWM周期为2400，正弦表幅度为2300，往上偏移60个时钟，方便过0中断重新装载数据，正弦采样200点，则输出正弦波频率=24MHz/（2400×200）。

1）SPWM实现原理：使用PWM3和PWM4输出互补SPWM波形，对应的翻转寄存器是PWM3T1、PWM3T2和PWM4T1、PWM4T2。当内部计数器的值与某个翻转寄存器的值相等时，就对相应的输出I/O口取反。本例中，PWM3从P2.1输出，初始状态为低电平，PWM4从P2.2输出，初始状态为高电平。翻转寄存器的初值设置为PWM3T1=65，PWM3T2=800，PWM4T1=53，PWM4T2=812。当内部计数器计数等于PWM4T1=53时，P2.2由高输出低，再计数到等于PWM3T1=65时，P2.1由低输出高，再计数到等于PWM3T2=800时，P2.1由高输出低，再计数到等于PWM4T2=812时，P2.2由低输出高。

图10-13 互补输出的SPWM波形

2）死区时间说明：如图10-14所示。P2.2输出低电平后，经过12个时钟，P2.1输出高电平。P2.1输出低电平后，经过12个时钟，P2.2输出高电平。若f_sys=24MHz，12个时钟对应0.5μs，这12个时钟就是死区时间。假设P2.1驱动半桥电路的下臂，P2.2驱动上臂，则当P2.2输出低电平后，上臂开始关闭，经过0.5μs，等待上臂完全关闭后，才让P2.1输出高电平、打开下臂。当P2.1输出低电平后，下臂开始关闭，经过0.5μs，等待下臂完全关闭后，才让P2.2输出高电平、打开上臂。这样，死区时间的设置，可以避免上臂、下臂同时打开造成MOSFET管烧毁。因为MOSFET管打开很快，关闭时很慢，需要一段时间才能关闭，所以要设置调节好死区时间。死区时间一般设置在6～24个时钟。

图10-14 输出PWM波形死区说明

如果使用示波器观察P2.1、P2.2输出的波形时，需要经过RC低通滤波后再接到示波器，才能看到2个反相的正弦波。

3）归零中断触发：内部15位的PWM计数器一旦启动计数，就会从0开始在每个PWM时钟到来时加1，其值线性上升。当计数器计到与15位的周期设置寄存器（PWMCH、PWMCL）相等时，对应图10-13中的斜线A到B，内部PWM计数器归零，并产生中断，称为归零中断。本例中周期为2400，即内部计数器计到2399时，再计一个时钟就归零。以下是参考程序设计：

以上是使用2路PWM产生互补单相SPWM的演示程序，输出频率固定，用PWM3从P2.1引脚输出正相脉冲，用PWM4从P2.4引脚输出反相互补脉冲，读者可以通过上面的计算方法修改PWM周期、正弦波的点数和幅度值。如果需要同相输出，则在初始化时对PWMCFG寄存器的PWM4的输出口设置初始电平为0或1。如果需要三相SPWM，则用相同方法设置另外4路PWM，相位差120°。如果需要变频，请自行设计变频方案。