CN108919880A - 一种基于数字处理器的载波型spwm波形生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，包括以下步骤：（1）确定调制波频率、载波比，计算载波频率；（2）计算调制周期中每个载波周期输出的脉冲宽度，建立脉宽表；（3）在每个调制周期开始时，根据脉宽表相应值更新计数器/定时器/PWM发生器占空比；（4）根据占空比输出中心对称的高低电平得到SPWM波。本发明能够充分利用处理器的硬件资源和规则采样法的特点，预先计算脉宽表，在每个载波周期开始前更新计数器/定时器/PWM发生器的比较值，具有速度快、波形准确的优点；根据载波频率和载波比的不同，可以方便地利用公式计算得到满足要求的脉宽表。

Description

一种基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法
技术领域
本发明涉及SPWM波形生成技术领域，具体涉及一种基于数字处理器的载 波型SPWM波形生成方法。
背景技术
通常SPWM波形通过调制波(一般为正弦波)和载波的比较生成。对于硬 件方式实现，一般将正弦波发生器和三角波发生器生成波形经过比较器比较得 到SPWM波形；对于调制波型软件方式实现，一般分别建立正弦波和三角波在 一个调制波周期内的波形幅值离散表，继而模拟硬件SPWM波生成方式。
通过硬件方式实现，SPWM波形的幅值、频率等难以调整，且受温度影响较 大；通过调制波型软件方式实现，生成SPWM波形的准确程度受离散表的精细 程度影响，且要求处理器具有浮点数存储和计算能力，处理器处理难度高，且 这种方式未充分利用软件生成SPWM波形的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有速度快、波形准确、易于实现，成本较低 的基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，包括以下步骤：
(1)确定调制波频率、载波比，计算载波频率；
(2)计算调制周期中每个载波周期输出的脉冲宽度，建立脉宽表；
(3)在每个调制周期开始时，根据脉宽表相应值更新计数器/定时器/PWM 发生器占空比；
(4)根据占空比输出中心对称的高低电平得到SPWM波。
进一步的，所述脉冲宽度采用单极性调制，具体公式如下：
其中，Tδ(i)表示脉冲宽度，TC表示载波周期，M表示调制度，i表示载波 周期，N表示载波比。
进一步的，所述脉冲宽度采用双极性调制，具体公式如下：
进一步的，所述脉宽表为：
其中，NC＝fp/fc表示一个载波周期的计数值，fp为计数器/定时器/PWM发 生器工作频率，fc为载波频率。
由上述技术方案可知，本发明所述的基于数字处理器的载波型SPWM波形 生成方法，易于实现，成本较低，具有较大的市场推广前景。能够充分利用处 理器的硬件资源和规则采样法的特点，预先计算脉宽表，在每个载波周期开始 前更新计数器/定时器/PWM发生器的比较值，具有速度快、波形准确的优点； 根据载波频率和载波比的不同，可以方便地利用公式计算得到满足要求的脉宽 表。
附图说明
图1是本发明的载波型SPWM波形生成流程图；
图2是本发明的单极性SPWM波形导通时间计算；
图3是本发明的双极性SPWM波形导通时间计算；
图4是本发明利用单极性调制方式得到的SPWM波形图；
图5是本发明利用双极性调制方式得到的SPWM波形图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1-3所示，本实施例的基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法， 是基于数字处理器实现，数字处理器具有连续增减计数模式的中心对称计数器 /定时器/PWM发生器，其工作频率为fp＞＞fc，计数周期为Tp＝1/fp，输出高电平 持续时间为Tδ，载波周期为Tc＝1/fc，当前载波周期内计时时刻为tp，当 时特定端口输出逻辑高，否则输出逻辑低。对时间纬度进 行归一化处理，计数值从0开始时，当前载波周期中的计数值为cp，当 时特定端口输出逻辑高，否则输出逻辑低。其中均为整数。具体步骤如下：
S1：确定调制波的频率fr，调制比N，进一步确定载波频率fc＝Nfr；
S2：计算得到第i(i＝1,2,...,N)个载波周期应输出SPWM脉冲宽度Tδ(i)并建立 N×1规模的脉宽表{C(i)C(i)＝Tδ(i)/Tp＝k(i)Nc，i＝1,2,...,N}；
S3：第i个载波周期开始前，计数器/定时器/PWM发生器自动装载脉宽表中 C(i)值作为占空比；
S4：第i个载波周期开始时，计数器/定时器/PWM发生器根据占空比输出中 心对称的高低电平，即SPWM波。
下面分别给出单极型调制和双极型调制时以上算法中Tδ(i)、k(i)的计算方 式。ur为调制波，uc为载波，其幅值标准值均为1。设调制度为M，tS为采样 时刻，调制波角频率ωr＝2πfr。
在上述步骤中，计算输出SPWM脉冲宽度Tδ(i)可通过单极性调制或双极性调 制得到，具体计算公式如下：
单极性调制
根据图2，调制波为正弦波，载波为单极性的三角波，当调制波幅值高于载 波幅值时，输出高电平；否则输出低电平。在整个调制波周期完成这种比较后， 就可以得到SPWM波形。由于数字处理器不能输出负电平，在实际使用中通 过对SPWM波形进行后级处理可以得到负输出。
由可得，则
Tδ＝TcMsinωrtS (1)
第i(i＝1,2,...,N)个载波周期应输出SPWM脉冲宽度为
双极性调制
根据图3，调制波为正弦波，载波为双极性的三角波，当调制波幅值高于载 波幅值时，输出正电平；否则输出负电平。当在整个调制波周期完成这种比较 后，就可以得到SPWM波形。由于数字处理器不能输出负电平，在实际使用 中通过对SPWM波形进行后级处理可以得到负输出。
由可得，则
对于第i(i＝1,2,...,N)个载波周期应输出SPWM脉冲宽度为
如目标生成基波频率为400Hz的SPWM波，按照步骤实施如下：
(1)调制波的频率fr＝400H，z调制比N＝120，进一步确定载波频率 fc＝Nfr＝48kHz；选取调制度M＝1，计数器/定时器/PWM发生器工作频率 fp＝73.8MHz。
对于单极性调制：
则脉宽表为：
C(i)＝{40,121,201,280,359,437,513,588,662,734,803,871,936,999,10 58,1115,1169,1220,1267,1311,1351,1388,1420,1449,1474,1495,1512,1524 ,1533,1537,1537,1533,1524,1512,1495,1474,1449,1420,1388,1351,1311,1 267,1220,1169,1115,1058,999,936,871,803,734,662,588,513,437,359,280 ,201,121,40,40,121,201,280,359,437,513,588,662,734,803,871,936,999, 1058,1115,1169,1220,1267,1311,1351,1388,1420,1449,1474,1495,1512,15 24,1533,1537,1537,1533,1524,1512,1495,1474,1449,1420,1388,1351,1311 ,1267,1220,1169,1115,1058,999,936,871,803,734,662,588,513,437,359,2 80,201,121,40}。
对于双极性调制：
本则脉宽表为：
C(i)＝{789,829,869,909,948,987,1025,1063,1100,1136,1170,1204,123 7,1268,1298,1326,1353,1379,1402,1424,1444,1463,1479,1493,1506,1516, 1525,1531,1535,1537,1537,1535,1531,1525,1516,1506,1493,1479,1463,14 44,1424,1402,1379,1353,1326,1298,1268,1237,1204,1170,1136,1100,1063 ,1025,987,948,909,869,829,789,789,829,869,909,948,987,1025,1063,110 0,1136,1170,1204,1237,1268,1298,1326,1353,1379,1402,1424,1444,1463, 1479,1493,1506,1516,1525,1531,1535,1537,1537,1535,1531,1525,1516,15 06,1493,1479,1463,1444,1424,1402,1379,1353,1326,1298,1268,1237,1204 ,1170,1136,1100,1063,1025,987,948,909,869,829,789}。
第i个载波周期开始前，计数器/定时器/PWM发生器自动装载脉宽表中C(i) 值作为占空比；第i个载波周期开始时，计数器/定时器/PWM发生器根据占空比 输出中心对称的高低电平，即SPWM波。对于本例，利用单极性调制方式得到 的SPWM波形如图4所示，利用双极性调制方式得到的SPWM波形如图5所示。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发 明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员 对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定 的保护范围内。

Claims (4)

1.一种基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定调制波频率、载波比，计算载波频率；
(2)计算调制周期中每个载波周期输出的脉冲宽度，建立脉宽表；
(3)在每个调制周期开始时，根据脉宽表相应值更新计数器/定时器/PWM发生器占空比；
(4)根据占空比输出中心对称的高低电平得到SPWM波。
2.根据权利要求1所述的基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，其特征在于：所述脉冲宽度采用单极性调制，具体公式如下：
其中，Tδ(i)表示脉冲宽度，TC表示载波周期，M表示调制度，i表示载波周期，N表示载波比。
3.根据权利要求1所述的基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，其特征在于：所述脉冲宽度采用双极性调制，具体公式如下：
4.根据权利要求2或3所述的基于数字处理器的载波型SPWM波形生成方法，其特征在于：所述脉宽表为：
其中，NC＝fp/fc表示一个载波周期的计数值，fp为计数器/定时器/PWM发生器工作频率，fc为载波频率。
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