数字控制芯片dsPIC33C的PWM运行模式简析

dsPIC33C系列芯片的PWM功能较以往更复杂，功能更加灵活，PWM的工作模式上和以往芯片也有一些不同之处，由于篇幅所限，本文侧重分析一下PWM模块运行模式的分类及特性。

一.PWM运行模式概述

图1 PWM的运行模式分类

从图1上看，PWM的工作模式主要有几种，如独立边沿PWM模式，这也是默认设置的工作模式，变相位PWM模式,独立边沿PWM双输出模式，中心对齐模式，双更新中心对齐模式，双边沿中心对齐模式等六种，其中后三种都是和中心对齐模式有关的模式。在这些PWM工作模式中，值得注意的是，有些模式采用多个PWM的计数器周期去产生单个PWM周期。

图2 PWM控制寄存器Low

图3 PWM控制寄存器Low中的模式选择位

在配置PWM的工作模式中，首先通过图2，3所示的寄存器配置PWM运行模式。

二.独立边沿PWM模式

独立边沿的PWM模式，用于产生边沿对齐的PWM信号，或者产生任意相位偏移的PWM信号，需要两个独立的寄存器去定义PWM波形的上升沿和下降沿位置。具体来说，通过PGxPHASE去定义PWM信号的上升沿位置相对于PWM周期计数器的起点的位置,而PGxDC用于定义相对于PWM周期计数器起点，到PWM波形下降沿的位置。PGxPER用于确定PWM计数器的周期。

另外，除了可以设定单个的PWM波形为独立边沿模式，还可以通过PGxPHASE寄存器来设定多个PWM信号之间同步，只要将PGxPHASE值设为相同值即可。

另外，还有一些特殊情况，比如当PGxPHASE=PGxDC时，则PWM脉冲占空比为0，而当设为PGxDC>PGxPER时，则PWM脉冲的占空比为100%。

图4 独立边沿PWM模式的波形示例

通过图4所示的独立边沿PWM模式波形示例，可以看出PGxPHASE和PGxDC都是基于同一个起点开始计算，就是PWM周期计数器的起点，所以PHASE设置会占用脉宽大小的部分。

三.变相位PWM模式

变相位PWM模式，它和独立边沿PWM模式不同，其中一个寄存器决定从PWM周期计数器起点开始计算的相位偏移的宽度，另一个寄存器决定从相位偏移开始计算的脉冲宽度。

图5 变相位模式的SFR和波形关系

这种模式下，PGxPHASE决定相位偏移宽度，而PGxDC决定脉冲宽度，PGxPER决定PWM的周期。当用户希望固定脉宽，来调制相位偏移时，或者固定相位偏移，来调制脉宽时，则这种模式比较有用。

图6 变相位的PWM模式波形示例

从图6的变相位PWM模式的波形示例来看，PGxPHASE对相位偏移的设定并不占用PGxDC对脉宽的设定部分，二者是独立的。

在使用变相位模式时，可以通过MDC去对所有PWM的脉宽进行统一设定。但是也要注意一个问题，就是变相位PWM模式并不支持跨周期运行的情况，也就是说PGxPHASE+PGxDC一定要小于PGxPER这样的关系。

图7 多个PWM使用变相位模式波形示例

在图7中，PWM1-4都是用变相位模式，四个PWM设置相同的脉宽值，但是设定为了不同的相位偏移，注意此处是满足PGxPHASE+PGxDC小于PGxPER这个关系的。

四．双PWM输出模式

双PWM输出模式，即在PWMxH和PWMxL上都输出独立的PWM波形。PWM双输出模式和PWM独立边沿模式不同，它允许在第二个PWM pin上输出波形，且在独立模式下。

第二个PWM的输出信号的上升沿宽度是由PGxTRIGA决定，而下降沿宽度由PGxTRIGB决定，另外一点需要注意的是，在高分辨率模式下，PWM双输出模式不能和PWM互补输出模式一起使用。（关于PWM的I/O输出模式，我们后面进一步讨论）。

图8 PWM双输出模式波形示例

在PWM双输出模式中，注意PGxTRIGA和PGxTRIGB都是基于PWM周期计数器起点开始计算宽度的。

值得注意的是，在双输出模式下，PGxTRIGA,PGxTRIGB作为正常的事件输出信号还是正常工作的，比如相位偏移触发，或者ADC触发信号等，如果需要一个纯粹的信号去做触发功能，可以选择PGxTRIGC来使用。

五.中心对齐PWM模式

中心对齐PWM模式，和边沿对齐模式PWM不同，它可以避免PWM占空比不同时，上升沿或者下降沿重叠，因此导致纹波或者滤波的需求，因此，在一些场合如逆变器中有所用途。

中心对齐模式PWM的脉宽是对称于两个PWM周期计数器的，当占空比增加时，则上升沿和下降沿部分都在增加，以保持对称。基于这个概念，中心对齐模式PWM脉冲波形是由两个PWM周期计数周期组成。

图9 中心对齐PWM模式的SFR和波形的关系

中心对齐PWM模式采用PGxDC决定从两个PWM周期中间开始计算的脉冲宽度，即真实脉宽的一半，而PGxPER决定每一个PWM周期计数器的周期。

图10 中心对齐PWM模式的波形示例

中心对齐PWM的上升沿位置在PGxPER-PGxDC+1处，而下降沿位置在PGxDC处。值得注意的是更新PWM的buffer寄存器，如PGxDC或者PGxPER等，只能在第一个PWM周期计数器开始处更新，这一点可以通过判断CAHALF位来判定是否处于第一个PWM计数周期处，当CAHALF为0时为第一个PWM计数周期，CAHALF为1时为第二个PWM计数周期。

另外一点，从图上可以看出，EOC中断事件，是在两个PWM计数周期结束后才产生的。

六.双更新中心对齐PWM模式

双更新中心对齐模式，和普通的中心对齐模式是类似的，只不过有两次EOC中断,和两次PWM数据寄存器更新。双更新的好处是减小的环路处理延时，但是有可能造成脉宽波形不对称。

图11 双更新中心对齐PWM模式

七．双边沿的中心对齐PWM模式

双边沿的中心对齐PWM模式，和双更新的PWM中心对齐模式类似，在双边沿中心对齐模式中，允许对上升沿宽度和下降沿部分宽度做相应控制，这同样会造成波形的不对称性。

这个模式的特点就是，给预用户足够的灵活性，增加了对两个边沿的控制之外，还可以减小中断事件的频率。

图12 双边沿的中心对齐PWM模式寄存器和波形关系

具体来说，通过PGxPHASE来实现对上升沿部分脉冲宽度的控制，通过PGxDC来实现对下降沿部分脉冲宽度的控制。

有一个非常灵活之处，就是在双边沿中心对齐PWM模式中,用户可以设置为单更新模式，也可以设置为双更新模式。单更新模式就是说，用户随时在允许改写宽度的阶段去改写PGxPHASE或者PGxDC,而在下一个完整PWM周期初始处去更新之。

图13 双边沿中心对齐PWM模式---单更新模式

如图13所示，我们可以看出，在PWM周期中改写了PGxDC和PGxPHASE的值，然后在下一个周期中才进行更新数据Buffer。同时，EOC中断事件也是每一个完整PWM信号周期中断一次。

和单更新对应的，就是双更新模式，在这个模式中，对应每一个PWM计数周期都有一个EOC事件中断，也有一个PWM数据更新。

图14 双边沿中心对齐PWM模式---双更新模式

在双更新的模式中，注意改写和更新的时刻，在上升沿PWM计数周期初始时刻，只能更新PGxPHASE的值，而在下降沿PWM计数周期初始时刻，只能更新PGxDC的值，用户可以用CAHALF来决定合适的寄存器改写时刻，比如，在CAHALF=0时，前面的一个PWM计数周期中，只能改写PGxDC的值，然后在后面的一个PWM计数周期初始时刻更新。而在CAHALF=1时，后面的一个PWM计数周期中，只能改写PGxPHASE的值，然后在第一个PWM计数周期初始时刻更新。每一个PWM计数周期结束后，都会进行EOC中断。总的说来，就是说先写入，然后在下一个PWM计数周期初始更新。

总结，主要分析和总结dsPIC33C系列的PWM工作模式的一些细节，后续我们会进一步讨论与运行模式相关的PWM的I/O输出模式的配置。