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营销网站手机站,武昌网站建设 优帮云,免费的个人简历模板范文,电子设计工程官网加入技术交流群 基本原理 SPWM的全称是(Sinusoidal PWM)#xff0c;正弦脉冲宽度调制是一种非常成熟#xff0c;使用非常广泛的技术#xff1b; 之前在PWM的文章中介绍过#xff0c;基本原理就是面积等效原理#xff0c;即冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节…加入技术交流群 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 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T1B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 T o n T 1 T 2 T_{on} T_1 T2 Ton​T1​T2​最终结论就是只要求出A点和B点位置就可以求出 T o n T{on} Ton​ 这里对于求解AB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 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 s i n ( w t ) sin(wt) sin(wt) 相较于点A所以在该周期内 T 1 T 2 T_1T2 T1​T2​PWM所需要的脉冲时间宽度Ton满足 T o n T 1 T 2 T{on} T_1 T_2 Ton​T1​T2​ 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 A O s i n ( w t o ) AO sin(wt_o) AOsin(wto​) 第二步这里载波锯齿波的最大幅值为1因此线段 B O 1 BO 1 BO1 第三步根据初中学过的相似三角形定理满足 { B O A O T T 1 T 2 T 1 T 2 A O s i n ( w t o ) B O 1 T o n T 1 T 2 \begin{cases} \cfrac{BO}{AO} \cfrac{T}{T_1 T_2}\ \ T_1T_2\ \ AOsin(wto)\ \ BO1\ \ T{on}T_1T2 \end{cases} ⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎧​AOBO​T1​T2​T​T1​T2​AOsin(wto​)BO1Ton​T1​T2​​
最终简化得到 A O B O T o n T → T o n T s i n ( w t o ) \cfrac{AO}{BO} \cfrac{T{on}}{T} \rightarrow T_{on}Tsin(wt_o) BOAO​TTon​​→Ton​Tsin(wto​) 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 U U U正弦波的幅值最大为 U c Uc Uc​则 T o n T U c s i n ( w t o ) U T{on} \cfrac{TU_csin(wto)}{U} Ton​UTUc​sin(wto​)​; 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。 如何编写程序 上面讲到这里PWM的 T o n T{on} Ton​时间满足 T o n T U c s i n ( w t o ) U T_{on} \cfrac{TU_csin(wt_o)}{U} Ton​UTUc​sin(wto​)​ 其中 U c Uc Uc​为正弦波幅值 U U U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T 可能这么说还是云里雾里的先看下图 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CNTCCR并且CNT开始增加这时候PWM的输出都是低电平当CNTCCR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CNTCCRPWM的输出低电平当CNTCCRPWM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 T o n T{on} Ton​满足 T o n A R R − C C R A R R ⋯ ① T{on}\cfrac{{ARR-CCR}}{ARR} \cdots ① Ton​ARRARR−CCR​⋯① 上一节推导的公式如下 T o n U c s i n ( w t o ) U ⋯ ② T{on} \cfrac{U_csin(wt_o)}{U} \cdots ② Ton​UUc​sin(wto​)​⋯② 结合①式和②式可以得到 C C R A R R − U c s i n ( w t o ) U ∗ A R R ⋯ ③ CCR ARR-\cfrac{U_csin(wt_o)}{U}ARR \cdots ③ CCRARR−UUc​sin(wto​)​∗ARR⋯③ 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 U c U \cfrac{Uc}{U} UUc​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_index0;}//重置周期计数标志period_cnt 0;}//重置幅值计数标志amplitude_cnt0; }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_color0xFF0000)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_color0x00FF00)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_color0x0000FF) 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); }} }总结 本文简单介绍了SPWM的原理和调制方法推导了SPWM的PWM脉冲宽度的计算时间最后给出了基于STM32单片机产生SPWM驱动呼吸灯的部分代码完整代码关注公众号私信发送SPWM获取。 由于作者能力和水平有限文中难免存在错误和纰漏请不吝赐教。 加入技术交流群