PWM和SPWM的区别

最近工作中上接触到PWM和SPWM，虽然这两个名字差不多，但是不管是在功能上还是生成的原理上都是有不同的，包括我们不是很常见的SVPWM波，你们是否也有疑惑这三个之间都有啥关系，今天我们好好分析下它们。

• PWM

   PWM(Pulse Width Modulation) 简称脉冲宽度调制，是利用微处理器的数字信号输出来对模拟电路进行控制的一种技术。而且PWM的应用可以说是非常的广泛，我们可以用来控制电机的速度，产品上常用的呼吸灯的效果以及在通信的调制等领域都可以看到PWM的应用。

PWM频率

    指1秒钟内信号从高电平到低电平再回到高电平的次数(一个周期)，即1秒钟内有多少个PWM周期，单位HZ。

PWM周期

    T=1/f PWM的周期等于频率的倒数

PWM占空比

   是指在一个脉冲周期内，高电平的时间与整个周期时间的比例，常以百分数来表示，比如20%。

脉宽时间

   脉宽时间即为上图中高电平的时间，在上图中脉宽时间占总周期的比例就是我们常说的占空比。

PWM产生原理

    以我们目前常用的MCU中STM32为例，STM32的普通IO口输出的是数字信号，即只能输出高电平或者低电平，同时我们也了解电压是以一种连接1或断开0的重复脉冲序列被夹到模拟负载上去，连接即使直流供电输出，断开即是直流供电断。理论上来讲我们可以通过控制PWM波的占空比输出任意不大于最大电压值(比如0-3.3V之间任意大小)的模拟电压。

    我们一般在实际应用的时候可以有多重方式产生我们想要的PWM波：

通过延时控制IO口高低电平获得PWM波形：

while(1)
{
IO口高电平；
IO口延时；
IO口低电平；
IO口延时；

}

 定时器中断控制IO口高低电平输出：

配置定时器中断并初始化定时器
TIM_IRQHandle()
{
执行拉高电平；
再次中断执行拉低电平；
对应引脚输出PWM波；

}

定时器PWM硬件控制输出：

1.初始化定时器为输出比较的PWM模式，并配置输出频率；
2.使能定时器的输出；
3.通过修改定时器中CCR寄存器中的比较值输出不同的占空比

以上三种方式是比较常见的输出PWM的三种方式，这三种都会占用CPU的资源，特别是前两种方式，误差还比较大，当然前两种方式可以用于没有硬件PWM输出的MCU，第三种方式是我们比较常见的PWM输出方式，相比于前两种配置简单，输出精度比较高。

• SPWM

       SPWM(Sinusoidal PWM)全称是正弦脉冲宽度调制，是一种 广泛应用于电机驱动，逆变电源等领域的调制技术。SPWM波是一种按正弦规律变化的一种PWM波形，是PWM的一种延伸，是一种可以等效成正弦波效果的PWM技术。

      SPWM的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。 我们在生成SPWM的过程中通常使用的采样方式有：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。

                                                              SPWM波形

规则采样法：

      根据PWM的电压极性，可以将SPWM波分为单极性和双极性。单极性的SPWM在正弦波的正半周期，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，如下图所示。

                                                                单极性的SPWM

    由图可以看出，SPWM波是信号等幅，等周期单不等宽的脉冲序列。我们改变调制波(即正弦波)的幅值时，SPWM脉冲信号的脉宽将随之改变，从而改变输出电压的大小；当我们改变调制波的频率时，输出信号的基波频率也随之改变，因此我们可以实现即调压有调频的目的。

    与单极性SPWM模式相比，双极性SPWM控制电路比较简单，单极性SPWM模式要比双极性SPWM模式输出电压中高次谐波分量小得多，这是单极性模式的一个优点，双极性SPWM波形如下。

                                                                     双极性SPWM

SPWM生成原理：

     根据要输出的SPWM频率可以通过计算设置TIM定时器ARR寄存器的值，以此控制TIM定时器输出波形频率；

    设置调制比，即正弦波的幅值比上载波(锯齿波)的幅值；

    利用SPWM波表格生成软件生成正弦数据表，然后在实际的程序中通过查表去获得CCR的值，进而生成不同占空比的波形。

• 总结：

本文主要介绍了PWM波和SPWM波的区别，包括软件生成的原理，由于篇幅有限下一次我们继续介绍SVPWM。

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