如何用定时器PWM产生SPWM？--电机驱动控制

用定时器生成 SPWM 的核心逻辑是：以高频三角波为载波，按正弦规律动态更新 PWM 占空比，最终通过低通滤波还原正弦波。以下是面向 STM32 的标准实现方案与代码。

一、核心原理与参数设计

载波：高频三角波（推荐 10--20 kHz，远高于基波），由定时器 ARR/PSC 决定。
调制：低频正弦波（如 50 Hz），通过查表或实时计算映射为 PWM 的 CCR 值。
更新：在每个载波周期起点更新 CCR，用定时器更新中断 或DMA实现。
公式：
- PWM 频率：fPWM=ftimer_clk/((PSC+1)×(ARR+1))
- 占空比映射：CCR=(1+sin(θ)×ARR)/2（归一化到 0--ARR）

二、硬件与参数选型（以 STM32F103 72 MHz 为例）

参数	取值	说明
定时器	TIM1（高级定时器）	支持互补输出与死区，适合电机驱动
载波频率	10 kHz	fPWM=10 kHz
PSC	71	72 MHz / (71+1) = 1 MHz 计数时钟
ARR	99	1 MHz / (99+1) = 10 kHz
基波频率	50 Hz	目标输出频率
采样点数	200	中断频率 = 50 Hz × 200 = 10 kHz

三、标准实现步骤（HAL 库）

1. 生成正弦表（离线 / 初始化）

预先计算一周期正弦值并映射到 0--ARR，提升运行效率。

复制代码

#define SINE_SIZE 200
uint16_t SineTable[SINE_SIZE];
const uint16_t ARR_VAL = 99;  // 对应10 kHz载波

void GenerateSineTable(void) {
  for(int i=0; i<SINE_SIZE; i++) {
    float theta = 2 * 3.14159f * i / SINE_SIZE;
    // 归一化到0~ARR_VAL
    SineTable[i] = (1 + sinf(theta)) * ARR_VAL / 2;
  }
}

2. 定时器 PWM 初始化

配置时基、通道与预装载，确保更新时 CCR 原子生效。

复制代码

TIM_HandleTypeDef htim1;
void MX_TIM1_Init(void) {
  htim1.Instance = TIM1;
  htim1.Init.Prescaler = 71;
  htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP;
  htim1.Init.Period = ARR_VAL;
  htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1;
  HAL_TIM_PWM_Init(&htim1);

  TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC = {0};
  sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1;
  sConfigOC.Pulse = 0;
  sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH;
  sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE;
  HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1);

  // 使能预装载
  __HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
}

3. 中断更新 CCR（推荐）

用 TIM_UP 中断按步长遍历正弦表，实现基波输出。

复制代码

uint16_t index = 0;
// 每100 us进入一次（对应10 kHz中断）
void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) {
  if(htim->Instance == TIM2) {  // TIM2用于定时
    __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, SineTable[index]);
    index = (index + 1) % SINE_SIZE;
  }
}

4. 更高性能：DMA 传输（无 CPU 开销）

将正弦表直接绑定到 CCR，适合高频场景。

复制代码

// 初始化后启动DMA
HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim1, TIM_CHANNEL_1, (uint32_t*)SineTable, SINE_SIZE);

四、关键优化与注意事项

死区保护：驱动 MOS 管时，高级定时器需配置死区（如 1 µs），防止上下桥直通。

// 配置死区1 µs（计数时钟1 MHz，死区值=1）
__HAL_TIM_SET_DEADTIME(&htim1, 1);
互补输出：三相逆变时，用 CHx 与 CHxN 输出互补信号。
抗混叠：输出端加 LC 低通滤波器，滤除高频载波，还原平滑正弦波。
调制度：通过缩放正弦表幅值调整调制度（0--1），避免过调制失真。

五、完整工程流程（CubeMX+HAL）

CubeMX 配置：TIM1 为 PWM 生成模式，TIM2 为 10 kHz 更新中断；使能 GPIO 复用输出。
生成代码，在main.c中调用GenerateSineTable()。
启动 TIM2 中断与 TIM1 PWM，在回调中更新 CCR 或直接启动 DMA。
编译下载，用示波器验证 CH1 输出为 SPWM，经 LC 滤波后为正弦波。

六、常见问题与排查

波形失真：检查载波频率是否足够高、正弦表点数是否充足、CCR 更新是否及时。
无输出 ：确认 GPIO 复用映射正确、PWM 通道使能、主输出使能（高级定时器需TIM_BDTR寄存器）。
噪声大：增加滤波电容 / LC 参数，优化 PCB 布线，PWM 走线尽量短且远离干扰源。

七、扩展：三相 SPWM 与 EtherCAT 同步

三相：生成三相互差 120° 的正弦表，在 TIM_UP 中断中同时更新 CH1/CH2/CH3。
EtherCAT 同步：用 SYNC0 信号初始化 PWM 计数器，确保控制周期与通信同步，提升运动控制精度。