利用STM32F103单片机输出SPWM波

最近需要用到单片机输出SPWM波功能，在网上找了好多资料，发现都不完整，有算法的没有代码，有代码的看不懂算法。于是只好自己摸索，现将方法整理如下。
关于什么是SPWM波，为什么要用SPWM波，网上的介绍有很多，就不多说了。主要说一下在STM32F103C8T6上是如何实现的。
要产生SPWM波，核心就是调节PWM波的占空比，在一定时间段内使输出PWM波所占的面积和对应的正弦波面积相等。占空比的调节需要根据正弦波上对应的点来调节。那么首先就是要生成一组正弦波数据。生成正弦波的数据代码如下：

//point 一个周期内的点数
//maxnum 最大值
void get_sin_tab1( u16 point, u16 maxnum )
{
    u16 i = 0, j = 0, k = 0;
    float hd = 0.0;        	//弧度
    float fz = 0.0;       	//峰值
    u16 tem = 0;
    j = point / 2;			//水平线位置 单片机没有负电压
    hd = PI / j;        	// π/2 内每一个点对应的弧度值
    k = maxnum / 2;      	//最大值一半
    for( i = 0; i < point; i++ )
    {     
		fz = k * sin( hd * i ) + k;					
        tem = ( u16 )fz ;						
		printf("%d\r\n",tem);
        sinData[i] = tem;
    }

通过串口波形软件可以看到生成的数据和波形如下：

数据生成好之后，下来设置定时器输出PWM，

void TIM1_PWM_Init(u16 arr, u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    TIM_OCInitTypeDef TIM_OCInitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_TIM1, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOA, ENABLE); //复用时钟

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_8;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_AF_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_50MHz;
    GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStructure);

    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;				//只有高级定时器需要设置，其他定时器可以不设置。
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM1, &TIM_TimeBaseInitStructure);

    TIM_OCInitStructure.TIM_OCMode = TIM_OCMode_PWM1;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OutputState = TIM_OutputState_Enable;
    TIM_OCInitStructure.TIM_OCPolarity = TIM_OCPolarity_High;

    TIM_OC1Init(TIM1, &TIM_OCInitStructure);							//TIM1_OC1   

    TIM_OC1PreloadConfig(TIM1, TIM_OCPreload_Enable);

    TIM_Cmd(TIM1, ENABLE);
    TIM_CtrlPWMOutputs(TIM1, ENABLE);									//高级定时器才有  必须打开
}

设置定时器1输出PWM波，定时器初始化为:

 定时器 TIM1_PWM_Init(1000 - 1, 3);		

定时器1输出18K的PWM波,此时输出的PWM波占空比是固定的，还不能随着正弦规律变化。下来利用定时器2的定时中断，在中断中改变PWM的占空比。

//APB1时钟分频为2  TIM2-7 时钟数为APB1 2倍
// Tout= (arr+1)*(psc+1) / Tclk
void TIM2_Init(u16 arr, u16 psc)
{
    TIM_TimeBaseInitTypeDef TIM_TimeBaseInitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;

    RCC_APB1PeriphClockCmd(RCC_APB1Periph_TIM2, ENABLE);

    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Period = arr;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_Prescaler = psc;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_RepetitionCounter = 0;			//只有高级定时器需要设置，其他定时器可以不设置。
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_ClockDivision = TIM_CKD_DIV1;
    TIM_TimeBaseInitStructure.TIM_CounterMode = TIM_CounterMode_Up;
    TIM_TimeBaseInit(TIM2, &TIM_TimeBaseInitStructure);

    TIM_ITConfig(TIM2, TIM_IT_Update, ENABLE);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = TIM2_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x01;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x01;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
    TIM_Cmd(TIM2, ENABLE);
}

u8 dc_cnt = 0;							//占空比计数
//定时器2中断中改变 定时器1的占空比值
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update) != RESET)
    {
        TIM_SetCompare1(TIM1, sinData[dc_cnt]);
        dc_cnt++;
        if(dc_cnt >= PointMax)
            dc_cnt = 0;
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
    }
}

在定时器2中断中，依次将sinData数组中存放的正弦数据做为PWM的占空比值。由于生成的正弦数据最大值是1000，输出PWM的ARR值也是1000，那么生成的正弦值就可以直接做为占空比用。如果生成的正弦波数据和ARR值不一样，在此处需要一个转换，用比例系数调整正弦波中的最大值刚好是占空比最大值就行。
这样在定时器1输出PWM比的时候，在定时器2中断中调整PWM的占空比，这样输出的PWM波经过外部电容后，就是一个正弦波。在PA8引脚接105电容。生成的波形如下：

生成了正弦波之后，初步目的算是达到了。那么如何用生成的正弦波，和外部市电波形同步呢。
可以用过零检测电路将外部波形测出来。在每个零过点的时候输出一个脉冲。然后用中断检测这个脉冲，每次过零点到来时，在中断中将正弦波数组下标设置为0，这样每个过零点时，输出的正弦波也从0点开始输出。
外部中断代码如下：

void IO_Exti_Init(void)
{
    EXTI_InitTypeDef EXTI_InitStructure;
    NVIC_InitTypeDef NVIC_InitStructure;
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure;

    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIOB, ENABLE);
    RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_AFIO, ENABLE);

    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = GPIO_Pin_0;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IPD;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_2MHz;
    GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStructure);

    GPIO_EXTILineConfig(GPIO_PortSourceGPIOB, GPIO_PinSource0);

    EXTI_InitStructure.EXTI_Line = EXTI_Line0;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Mode = EXTI_Mode_Interrupt;
    EXTI_InitStructure.EXTI_Trigger = EXTI_Trigger_Rising;
    EXTI_InitStructure.EXTI_LineCmd = ENABLE;
    EXTI_Init(&EXTI_InitStructure);

    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannel = EXTI0_IRQn;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelPreemptionPriority = 0x02;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelSubPriority = 0x01;
    NVIC_InitStructure.NVIC_IRQChannelCmd = ENABLE;
    NVIC_Init(&NVIC_InitStructure);
}

extern u8 dc_cnt;							//占空比计数
//10ms中断一次
void EXTI0_IRQHandler(void)
{
    if(EXTI_GetITStatus(EXTI_Line0) != RESET)
    {
        dc_cnt = 0;
        EXTI_ClearITPendingBit(EXTI_Line0);
    }
}

在外部中断中将正弦波数组的下标控制值dc_cnt 清零，这样每个过零点时，输出的正弦波数据正好是第一个。
这样输出的SPWM波就可以通过中断和外部波形进行同步了。

通过波形可以看出，在过零点位置，输出正弦波也刚好在零点。
如果要调整输出正弦波数据的初始位置怎么办呢？只需要在生成正弦波数据时，设置初始位置就行。

void get_sin_tab1( u16 point, u16 maxnum )
{
    u16 i = 0, j = 0, k = 0;
    float hd = 0.0;        	//弧度
    float fz = 0.0;       	//峰值
    u16 tem = 0;
    j = point / 2;			//水平线位置 单片机没有负电压 水平线为点值数量的一半
    hd = PI / j;        	// π/2 内每一个点对应的弧度值
    k = maxnum / 2;      	//最大值一半
    for( i = 0; i < point; i++ )
    {
		fz = k * sin( hd * i ) + k;						//起点为中间值
        //fz = k * sin( hd * i + PI / 2) + k;			//起点位置偏移到 π/2  起点为最大值
		//fz = k * sin( hd * i + PI / 2 + PI ) + k;		//起点位置偏移到 π/2 + π 起点为最小值

        tem = ( u16 )fz ;						
        sinData[i] = tem;
    }
}

在生成数据是 sin( hd * i ) ,的值就是初始相位，如果要调整初始位置，只需要将括号中的值加上偏移量就行，默认的起始位置在正弦波的0度位置，如果要让初始位置在90度，那么给括号中的值在加上 π/2就可以了。

如果要让起始位置在270度时，在括号中加上 3/2π就可以了。

完整工程链接：https://download.csdn.net/download/qq_20222919/12005311