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 基本原理 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 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 ,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 ,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:…