spwm的程序讲解：通俗易懂の入门SPWM教程
spwm的程序讲解：通俗易懂の入门SPWM教程SPWM波形具体如下图所示，这里会对局部①部分进行简单分析，下面进一步介绍；这里通常使用的采样方法是：自然采样法和规则采样法；自然采样法是用需要调制的正弦波与载波锯齿波的交点，来确定最终PWM脉冲所需要输出的时间宽度，最终由此生成SPWM波；
目录- 基本原理
- 自然采样法
- 规则采样法
- 单极性
- 双极性
- 如何编写程序
- 总结
SPWM的全称是(Sinusoidal PWM)，正弦脉冲宽度调制是一种非常成熟，使用非常广泛的技术；
之前在PWM的文章中介绍过，基本原理就是面积等效原理，即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同 。
换句话说就是通过一系列形状不同的窄脉冲信号，相对应时间的积分相等(面积相等)，其最终效果相同；
所以SPWM就是输入一段幅值相等的脉冲序列去等效正弦波，因此输出为高的脉冲时间宽度基本上呈正弦规律变化；
这里通常使用的采样方法是：自然采样法和规则采样法；
自然采样法自然采样法是用需要调制的正弦波与载波锯齿波的交点，
来确定最终PWM脉冲所需要输出的时间宽度，最终由此生成SPWM波；
具体如下图所示，这里会对局部①部分进行简单分析，下面进一步介绍；
SPWM波形
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局部①的情况如下图所示；简单分析一下整个图形的情况；
- 锯齿波和调制正弦波的交点为A和B；
- 因此A点所需时间为T1，B点所需时间为T2；
- 所以在该周期内，PWM所需要的脉冲时间宽度Ton满足：
- 最终结论就是，只要求出A点和B点位置，就可以求出；
自然采样法
这里对于求解A，B位置的推导不做介绍，但是计算量比较大，因此在微处理器中进行运算会占用大量资源，下面再介绍另一种优化的采样方法：规则采样法。
规则采样法根据载波PWM的电压极性，一般可以分为单极性SPWM和双极性SPWM；下面进一步介绍；
单极性单极性SPWM在正弦波的正版周期，PWM只有一种极性，在正弦波的负半周期，PWM同样只有一种极性，但是与正半周期恰恰相反，具体如下图所示；
下面取正弦波的正半周期的情况进行分析；
单极性SPWM
正弦波的正半周期整体如下所示；由图中我们可以知道以下几点；
- 载波PWM的周期为T；
- 线段BO为当前这个等腰三角形的垂线；
- 线段BO与正弦曲线 相较于点A；
- 所以在该周期内，PWM所需要的脉冲时间宽度Ton满足：
单极性正半周期
具体的推导过程如下：
- 第一步：由于O点的位置比较好确认，因此，线段
- 第二步：这里载波锯齿波的最大幅值为1，因此线段
- 第三步：根据初中学过的相似三角形定理，满足：
最终简化得到：
这里对载波的幅值做了归一化处理，如果锯齿波的最大值为，正弦波的幅值最大为，则;
双极性只要符合面积等效原理，PWM还可以是双极性的，具体如下图所示；这种调制方式叫双极性SPWM，在实际应用中更为广泛。
双极性SPWM
如何编写程序上面讲到这里PWM的时间满足：
其中为正弦波幅值，为载波锯齿波幅值；
那么下面以STM32为例，介绍以下如何进行程序编写；
首先得先STM32是如何产生PWM？
通过数据手册可以知道，STM32通过TIM输出PWM，这里有几个寄存器；
- 计数寄存器：CNT
- 比较寄存器：CCR （决定了占空比，决定了脉冲宽度）
- 自动重装寄存器：AAR（决定了PWM的周期）
可能这么说，还是云里雾里的，先看下图；
STM32的PWM产生原理
STM32中PWM的模式有普通的PWM，和中央对齐的PWM，上图使用的就是中央对齐PWM；
产生PWM的过程可以分为以下几个过程；
- 第一步：配置好TIM，通常时基和ARR都会配置好，这时候PWM的周期就已经被设定好了，另外时基决定了CNT计数寄存器增加一次技术所需的时间；
- 第二步：刚开始，CNT<CCR，并且CNT开始增加，这时候PWM的输出都是低电平；当CNT>CCR之后，PWM输出为高电平；
- 第三步：当CNT的值等于AAR之后，CNT开始减少，同理CNT<CCR，PWM的输出低电平；当CNT>CCR，PWM输出为高电平；
- 第四步：循环上述三个步骤；
程序中如何实现？
从上述STM32产生PWM的过程中不难发现，满足；
①
上一节推导的公式如下：
②
结合①式和②式，可以得到：
上面公式中用CCR表示CCR寄存器中的值，ARR表示ARR寄存器中的值；
最后需要做的三件事
- 计算出ARR，一般配置TIM定时器的时候能在数据手册找到公式；
- 调制比，也就是的系数；
- 根据③式生成正弦表，然后查表（实时计算因为涉及到较多运算量，所以利用查表，空间换时间，提高效率），利用PWM的事件去触发中断，更新下一次CCR的值；
正弦函数表：
const uint16_t indexWave[] = {
0 9 18 27 36 45 54 63 72 81 89 98
107 116 125 133 142 151 159 168 176
184 193 201 209 218 226 234 242 249
257 265 273 280 288 295 302 310 317
324 331 337 344 351 357 364 370 376
382 388 394 399 405 410 416 421 426
431 436 440 445 449 454 458 462 465
469 473 476 479 482 485 488 491 493
496 498 500 502 503 505 506 508 509
510 510 511 512 512 512 512 512 512
511 510 510 509 508 506 505 503 502
500 498 496 493 491 488 485 482 479
476 473 469 465 462 458 454 449 445
440 436 431 426 421 416 410 405 399
394 388 382 376 370 364 357 351 344
337 331 324 317 310 302 295 288 280
273 265 257 249 242 234 226 218 209
201 193 184 176 168 159 151 142 133
125 116 107 98 89 81 72 63 54 45 36
27 18 9 0
};
中断服务函数：
extern uint16_t indexWave[];
extern __IO uint32_t rgb_color;
/* 呼吸灯中断服务函数 */
void BRE_TIMx_IRQHandler(void)
{
static uint16_t pwm_index = 0; //用于PWM查表
static uint16_t period_cnt = 0; //用于计算周期数
static uint16_t amplitude_cnt = 0; //用于计算幅值等级
if (TIM_GetITStatus(BRE_TIMx TIM_IT_Update) != RESET) //TIM_IT_Update
{
amplitude_cnt ;
//每个PWM表中的每个元素有AMPLITUDE_CLASS个等级，
//每增加一级多输出一次脉冲，即PWM表中的元素多使用一次
//使用256次，根据RGB颜色分量设置通道输出
if(amplitude_cnt > (AMPLITUDE_CLASS-1)){
period_cnt ;
//每个PWM表中的每个元素使用period_class次
if(period_cnt > period_class){
//标志PWM表指向下一个元素
pwm_index ;
//若PWM表已到达结尾，重新指向表头
if( pwm_index >= POINT_NUM){
pwm_index=0;
}
//重置周期计数标志
period_cnt = 0;
}
//重置幅值计数标志
amplitude_cnt=0;
}else{
//每个PWM表中的每个元素有AMPLITUDE_CLASS个等级，
//每增加一级多输出一次脉冲，即PWM表中的元素多使用一次
//根据RGB颜色分量值，设置各个通道是否输出当前的PWM表元素表示的亮度
//红
if(((rgb_color&0xFF0000)>>16) >= amplitude_cnt) {
//根据PWM表修改定时器的比较寄存器值
BRE_TIMx->BRE_RED_CCRx = indexWave[pwm_index];
}else{
//比较寄存器值为0，通道输出高电平，该通道LED灯灭
BRE_TIMx->BRE_RED_CCRx = 0;
}
//绿
if(((rgb_color&0x00FF00)>>8) >= amplitude_cnt){
//根据PWM表修改定时器的比较寄存器值
BRE_TIMx->BRE_GREEN_CCRx = indexWave[pwm_index];
}else{
//比较寄存器值为0，通道输出高电平，该通道LED灯灭
BRE_TIMx->BRE_GREEN_CCRx = 0;
}
//蓝
if((rgb_color&0x0000FF) >= amplitude_cnt){
//根据PWM表修改定时器的比较寄存器值
BRE_TIMx->BRE_BLUE_CCRx = indexWave[pwm_index];
}else{
//比较寄存器值为0，通道输出高电平，该通道LED灯灭
BRE_TIMx->BRE_BLUE_CCRx = 0;
}
//必须要清除中断标志位
TIM_ClearITPendingBit (BRE_TIMx TIM_IT_Update);
}
}
}
原文作者：果果小师弟
原文标题：通俗易懂の入门SPWM教程
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/RvdgLpUW8NwUyt4Oj-r0IQ
