基于STM32单片机的SPWM波的实现.pdf

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1、基于STM32的SPWM调制实现方法SPWM波的原理SPWM全称正弦脉冲宽度调制技术，是用一系列等幅不等宽的脉冲等效正弦波。SPWM技术是基于“面积相等，效用等效”原理，即形状不同的窄脉冲信号对于时间的积分相等(面积相等)，其效果相同。将半周期的正弦波在时间轴上等分成若干份，这些部分的面积依次呈先增大，再减小的趋势变化，面积两边对称；若每一部分用对应面积相等，等宽不等幅的矩形脉冲代替，则这些脉冲的高度就会呈现依次先增高，再降低的的趋势，脉冲高度两边对称；进一步说，如果被等分的正弦波与横轴围成的区域用对应面积相等，

2、等幅不等宽的矩形脉冲代替，则这一系列脉冲的宽度就会依次呈现出先变宽，后变窄，宽度两边对称的有规律的变化。SPWM波正是用一系列等幅不等宽的矩形脉冲来等效正弦波的。如图所示：Ud2iin图(1)如图（1）正弦曲线yUsint，将曲线半周期均分成N份，每一份用与之m面积相等的矩形脉冲代替，脉冲中点与每一份的中点重合，各个脉冲高度相同，Ud等于，中心间距都是。为一般起见，不妨设正弦角频率为，假设第i个s2n脉冲的宽度为i，中心点所对应的相位角为i，则根据面积相等的等效原则得到Uid2snU

3、sin(t)dtims2i2sn进一步化简得UdUmi2ncos(t)sis2is2snUm(2sin()sin()sis2nss2Umsin()sin()sis2nss2Umsin()sin()si2nsU两边同乘d，得到21sin()2U2nm=sin()isinU1sd2n1sin()TUsm2nsin()sinU1d2n11当n的数值较大时，sin()2n2nTUsm最终得i=sin(

4、si)。nUd显然矩形脉冲宽度与其中心点所对应的正弦值成正比，因此在这半个ii周期里，脉冲宽度是中间宽，两边依次变窄窄，随正弦规律变化。SPWM波的实现方法(1)自然采样法自然采样法是用正弦波与三角载波的交点来确定脉冲宽度与间隙时间的，进而生成SPWM波。如图2，截取了任意一段正弦波与三角载波在一个周期内相交的情况。A点是脉冲的发生时刻，E点是脉冲的结束时刻，在三角波的一个周期Tc内，t为SPWM波的高电平时间。t和t是脉冲周期的间隙时间。显然T=ttt。213c123如图2，有三角形相似得到UAAE

5、Ec，T/2ABBEc其中AAUmsin(wsa)，EEUmsin(wse)，ABt2，BEt2，TUcm得到t2t2t2(sinwsasinwse)2Uc很显然，由于A和E的位置要经过解复杂的方程才能获得，所以程序的运算量非常大。Usin(wt)msUcEDCABABETct2t2ttt1230图(2)（2）规则采样法由于自然采样法计算繁琐，所消耗的资源较大，人们提出了一种更简便的方法来替代自然采样法，即规则采样法。如图3所示，任取一

6、段三角波与正弦波相交的情况，A点是脉冲开始的时刻，E点是脉冲结束的时刻，在等腰三角形底部B时刻对正弦波采样，获得对应相位的正弦值，然后做时间轴的平行线，获得A,B两点，由于两边对称，所以ABBE，ABBE，即t2t2，如图（3）：UAAEE由三角形相似得到:c，T/2ABBEcTUTUcmttcmsin，而AAEEsinsb，即22sb2U2UCCttt2tTUcmsin，Tct2则2222sbt1t3。U2C由于B位置

7、非常容易确定，而且两边对称，计算量大大减少，软件实现较为简单，故实际中经常采用此法来产生SPWM波。UcUsin(wt)msBAEABETct2t2ttt1230图(3)基于STM32的SPWM波的实现如图（4）所示，STM32微控制器的定时器TIMx的部分方框图，包括计数比较模块和输出控制模块。自动重装载寄存器PSC计数器输出Sin_val捕获比较寄存器1控制CC2I捕获比较寄存器2图(4)选择定时器的PWM模式，输出比较通道OCx将产生由TIMx_ARR决定周期，TIMx_CCRx决定占空比的PW

8、M波；通过在每个计数周期赋给TIMx_CCRx按照正弦规律变化的数值，输出比较通道OCx将输出占空比与正弦值呈正比的PWM波，即SPWM波。STM32中的定时器计数模式有3种，这里选择中央计数模式，该计数模式是计数器从0开始计数到自动加载的值(TIMx_ARR寄存器)−1，产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1并且产生一个计数器下溢事件，完成一个计数周期，然后再从0开始