PWM控制方式廣泛應(yīng)用于各種控制系統(tǒng)中，但對脈沖寬度的調(diào)節(jié)一般采用硬件來實現(xiàn)。如使用PWM控制器或在系統(tǒng)中增加PWM電路[1]等，則本錢高、響應(yīng)速度慢，而且PWM控制器與系統(tǒng)之間存在兼容題目。另外，控制系統(tǒng)中的信號采樣通常是由A/D轉(zhuǎn)換器來完成，因此檢測精度要求較高時，調(diào)理電路復(fù)雜，而且因A/D的位數(shù)高，從而使設(shè)計的系統(tǒng)本錢居高不下。

 

本文以應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)為例，先容利用MOTOROLA公司生產(chǎn)的新型單片機(jī)MSP430F413內(nèi)的定時器Time_A設(shè)計可以用時間量進(jìn)行溫度采樣以及實現(xiàn)PWM調(diào)節(jié)的方法。為了可在使用少量外圍電路的情況下實現(xiàn)控制系統(tǒng)的高精度丈量和控制，一方面用時間量采樣，在省往1片A/D的情況下得到12位的高精度；另一方面在定時中斷內(nèi)完全用軟件實現(xiàn)PWM調(diào)節(jié)，以易于進(jìn)行數(shù)據(jù)的通訊和顯示。該系統(tǒng)在中斷內(nèi)可以解決波形產(chǎn)生的實時在線計算和計算精度題目，可精確、實時地計算設(shè)定頻率下的脈沖寬度。

 

1 單片機(jī)MSP430F413及定時器

 

MSP430系列的單片機(jī)F413在超低功耗和功能集成上都有一定的特色，可大大減小外圍電路的復(fù)雜性，它的實時處理能力及各種外圍模塊使其可應(yīng)用在多個低功耗領(lǐng)域[2]。MSP430F413中通用16位定時器Timer_A有如下主要功能模塊。

 

(1)一個可連續(xù)遞增計數(shù)至預(yù)定值并返回0的計數(shù)器。

 

(2)軟件可選擇時鐘源。

 

(3)5個捕捉/比較寄存器，每個有獨立的捕捉事件。

 

(4)5個輸出模塊，支持脈寬調(diào)制的需要。

 

定時器控制寄存器TACTL的各位可控制Timer_A的配置，并定義16位定時器的基本操縱，可選擇原始頻率或分頻后的輸進(jìn)時鐘源及4種工作模式。另外還有清除功能和溢出中斷控制位。5個捕捉/比較寄存器CCRx的操縱相同，它們通過各自的控制寄存器CCTLx進(jìn)行配置。

 

2 時間量采樣及PWM控制的實現(xiàn)原理

 

以應(yīng)用于溫度控制系統(tǒng)為例，先容用定時器實現(xiàn)信號采樣和PWM控制的方法。該溫度控制系統(tǒng)包括單片機(jī)、溫度丈量電路、負(fù)載驅(qū)動電路及電源控制、低電壓檢測和顯示電路等其他外圍部分。

 

單片機(jī)MSP430F413中用于丈量和控制溫度的主要I/O口有：

 

P1.0：輸出50Hz方波，用于產(chǎn)生三角波。

 

P1.2：驅(qū)動溫度控制執(zhí)行元件，2kHz方波PWM輸出。

 

P2.0：脈寬捕捉。

 

2.1 單片機(jī)端口的中斷設(shè)置

 

溫度控制系統(tǒng)的50Hz方波輸出、PWM輸出和輸進(jìn)捕捉都是由定時中斷來實現(xiàn)。這3個中斷分別由P0、P1和P2口的外圍模塊引起，屬于外部可屏蔽中斷。初始化時，對這3個I/O口進(jìn)行中斷設(shè)置，并對Time_A控制寄存器TACTL設(shè)置，包括輸進(jìn)信號2分頻、選用輔助時鐘ACLK等。當(dāng)定義完捕捉/比較寄存器后，重新賦值TACTL，啟動定時器，開始連續(xù)遞增計數(shù)。

 

2.2 脈寬捕捉實現(xiàn)溫度值的采樣

 

溫度丈量電路將溫度值轉(zhuǎn)換為電壓值，同時單片機(jī)產(chǎn)生的50Hz方波經(jīng)電容充放電電路變換得到同頻率的三角波，其電壓值切割三角波，從而將溫度值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)寬度的脈沖送進(jìn)單片機(jī)。波形變化如圖1所示。