目錄

• 基本原理

• 自然采樣法

• 規(guī)則采樣法

• 單極性

• 雙極性

• 如何編寫程序

• 總結(jié)

基本原理

SPWM的全稱是(Sinusoidal PWM)，正弦脈沖寬度調(diào)制是一種非常成熟，使用非常廣泛的技術(shù)；

之前在PWM的文章中介紹過(guò)，基本原理就是面積等效原理，即沖量相等而形狀不同的窄脈沖加在具有慣性的環(huán)節(jié)上時(shí)，其效果基本相同 。

換句話說(shuō)就是通過(guò)一系列形狀不同的窄脈沖信號(hào)，相對(duì)應(yīng)時(shí)間的積分相等(面積相等)，其最終效果相同；

所以SPWM就是輸入一段幅值相等的脈沖序列去等效正弦波，因此輸出為高的脈沖時(shí)間寬度基本上呈正弦規(guī)律變化；

這里通常使用的采樣方法是：自然采樣法和規(guī)則采樣法；

自然采樣法

自然采樣法是用需要調(diào)制的正弦波與載波鋸齒波的交點(diǎn)，

來(lái)確定最終PWM脈沖所需要輸出的時(shí)間寬度，最終由此生成SPWM波；

具體如下圖所示，這里會(huì)對(duì)局部①部分進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，下面進(jìn)一步介紹；

局部①的情況如下圖所示；簡(jiǎn)單分析一下整個(gè)圖形的情況；

• 鋸齒波和調(diào)制正弦波的交點(diǎn)為 A和 B；
• 因此 A點(diǎn)所需時(shí)間為 T1， B點(diǎn)所需時(shí)間為 T2；
• 所以在該周期內(nèi)，PWM所需要的脈沖時(shí)間寬度 Ton滿足：
• 最終結(jié)論就是，只要求出 A點(diǎn)和 B點(diǎn)位置，就可以求出 ；

這里對(duì)于求解A，B位置的推導(dǎo)不做介紹，但是計(jì)算量比較大，因此在微處理器中進(jìn)行運(yùn)算會(huì)占用大量資源，下面再介紹另一種優(yōu)化的采樣方法：規(guī)則采樣法。

規(guī)則采樣法

根據(jù)載波PWM的電壓極性，一般可以分為單極性SPWM和雙極性SPWM；下面進(jìn)一步介紹；

單極性

單極性SPWM在正弦波的正版周期，PWM只有一種極性，在正弦波的負(fù)半周期，PWM同樣只有一種極性，但是與正半周期恰恰相反，具體如下圖所示；

下面取正弦波的正半周期的情況進(jìn)行分析；

正弦波的正半周期整體如下所示；由圖中我們可以知道以下幾點(diǎn)；

• 載波PWM的周期為 T；
• 線段 BO為當(dāng)前這個(gè)等腰三角形的垂線；
• 線段 BO與正弦曲線 相較于點(diǎn) A；
• 所以在該周期內(nèi) ，PWM所需要的脈沖時(shí)間寬度 Ton滿足：

具體的推導(dǎo)過(guò)程如下：

• 第一步：由于O點(diǎn)的位置比較好確認(rèn)，因此，線段

• 第二步：這里載波鋸齒波的最大幅值為1，因此線段

• 第三步：根據(jù)初中學(xué)過(guò)的相似三角形定理，滿足：

最終簡(jiǎn)化得到：

這里對(duì)載波的幅值做了歸一化處理，如果鋸齒波的最大值為 ，正弦波的幅值最大為 ，則 ;

雙極性

只要符合面積等效原理，PWM還可以是雙極性的，具體如下圖所示；這種調(diào)制方式叫雙極性SPWM，在實(shí)際應(yīng)用中更為廣泛。

如何編寫程序

上面講到這里PWM的 時(shí)間滿足：

其中 為正弦波幅值， 為載波鋸齒波幅值；

那么下面以STM32為例，介紹以下如何進(jìn)行程序編寫；

首先得先STM32是如何產(chǎn)生PWM？

通過(guò)數(shù)據(jù)手冊(cè)可以知道，STM32通過(guò)TIM輸出PWM，這里有幾個(gè)寄存器；

• 計(jì)數(shù)寄存器： CNT
• 比較寄存器： CCR （決定了占空比，決定了脈沖寬度）
• 自動(dòng)重裝寄存器： AAR（決定了PWM的周期）

可能這么說(shuō)，還是云里霧里的，先看下圖；

STM32中PWM的模式有普通的PWM，和中央對(duì)齊的PWM，上圖使用的就是中央對(duì)齊PWM；

產(chǎn)生PWM的過(guò)程可以分為以下幾個(gè)過(guò)程；

• 第一步：配置好TIM， 通常時(shí)基和ARR都會(huì)配置好，這時(shí)候PWM的周期就已經(jīng)被設(shè)定好了，另外時(shí)基決定了CNT計(jì)數(shù)寄存器增加一次技術(shù)所需的時(shí)間；
• 第二步：剛開(kāi)始， CNT，并且 CNT開(kāi)始增加，這時(shí)候PWM的輸出都是低電平；當(dāng) CNT>CCR之后，PWM輸出為高電平；
• 第三步：當(dāng) CNT的值等于AAR之后， CNT開(kāi)始減少，同理 CNT，PWM的輸出低電平；當(dāng) CNT>CCR，PWM輸出為高電平；
• 第四步：循環(huán)上述三個(gè)步驟；

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
};

extern?uint16_t?indexWave[];
extern?__IO?uint32_t?rgb_color;

/*?呼吸燈中斷服務(wù)函數(shù)?*/
void?BRE_TIMx_IRQHandler(void)
{?
?static?uint16_t?pwm_index?=?0;??//用于PWM查表
?static?uint16_t?period_cnt?=?0;??//用于計(jì)算周期數(shù)
?static?uint16_t?amplitude_cnt?=?0;?//用于計(jì)算幅值等級(jí)

?if?(TIM_GetITStatus(BRE_TIMx,?TIM_IT_Update)?!=?RESET)?//TIM_IT_Update
??{??
??amplitude_cnt++;

??//每個(gè)PWM表中的每個(gè)元素有AMPLITUDE_CLASS個(gè)等級(jí)，
??//每增加一級(jí)多輸出一次脈沖，即PWM表中的元素多使用一次
??//使用256次，根據(jù)RGB顏色分量設(shè)置通道輸出
??if(amplitude_cnt?>?(AMPLITUDE_CLASS-1)){??
???period_cnt++;

???//每個(gè)PWM表中的每個(gè)元素使用period_class次
???if(period_cnt?>?period_class){????
????
????//標(biāo)志PWM表指向下一個(gè)元素
????pwm_index++;????????????

????//若PWM表已到達(dá)結(jié)尾，重新指向表頭
????if(?pwm_index?>=??POINT_NUM){
?????pwm_index=0;
????}
????//重置周期計(jì)數(shù)標(biāo)志
????period_cnt?=?0;
???}
???//重置幅值計(jì)數(shù)標(biāo)志
???amplitude_cnt=0;???????????
??
??}else{?
???//每個(gè)PWM表中的每個(gè)元素有AMPLITUDE_CLASS個(gè)等級(jí)，
???//每增加一級(jí)多輸出一次脈沖，即PWM表中的元素多使用一次
???//根據(jù)RGB顏色分量值，設(shè)置各個(gè)通道是否輸出當(dāng)前的PWM表元素表示的亮度
???//紅
???if(((rgb_color&0xFF0000)>>16)?>=?amplitude_cnt)?{
????//根據(jù)PWM表修改定時(shí)器的比較寄存器值
????BRE_TIMx->BRE_RED_CCRx?=?indexWave[pwm_index];?
???}else{
????//比較寄存器值為0，通道輸出高電平，該通道LED燈滅
????BRE_TIMx->BRE_RED_CCRx?=?0;??
???}

???//綠
???if(((rgb_color&0x00FF00)>>8)?>=?amplitude_cnt){
????//根據(jù)PWM表修改定時(shí)器的比較寄存器值
????BRE_TIMx->BRE_GREEN_CCRx?=?indexWave[pwm_index];?
???}else{
????//比較寄存器值為0，通道輸出高電平，該通道LED燈滅
????BRE_TIMx->BRE_GREEN_CCRx?=?0;?
???}???
???//藍(lán)
???if((rgb_color&0x0000FF)?>=?amplitude_cnt){
????//根據(jù)PWM表修改定時(shí)器的比較寄存器值
????BRE_TIMx->BRE_BLUE_CCRx?=?indexWave[pwm_index];?
???}else{
????//比較寄存器值為0，通道輸出高電平，該通道LED燈滅?
????BRE_TIMx->BRE_BLUE_CCRx?=?0;??
???}
???//必須要清除中斷標(biāo)志位
???TIM_ClearITPendingBit?(BRE_TIMx,?TIM_IT_Update);?
??}
?}
}