stm32pwm波合成正弦波

### STM32 PWM 合成正弦波的实现方法 利用 STM32 的 PWM 功能生成正弦波是一种常见的嵌入式开发技术，广泛应用于信号处理、通信系统和电机控制等领域。以下是基于 PWM 合成正弦波的详细实现方案[^4]。 #### 1. 硬件准备 为了实现 PWM 合成正弦波，需要以下硬件配置： - 开发板：STM32F103ZET6 核心板。 - 外设资源：TIM2 定时器（用于生成 PWM 信号）。 - 输出通道：PA0 或其他可配置为 PWM 输出的 GPIO 引脚。 - 滤波电路：RC 低通滤波器，用于平滑 PWM 信号并生成模拟正弦波。 硬件连接示例如下： ```plaintext STM32F103ZET6 RC 滤波器 示波器 PA0 (PWM_OUT) ----> RC 滤波器 ------> CH1 GND ---------------- GND -------------- GND ``` #### 2. 软件实现步骤 以下是基于 HAL 库的软件实现方案： ##### （1）初始化定时器 TIM2 配置 TIM2 为 PWM 模式，并设置其计数频率和分辨率。假设目标正弦波频率为 1kHz，则 PWM 频率应远高于此值以确保波形平滑性[^5]。 代码示例： ```c // 初始化 TIM2 为 PWM 模式 void MX_TIM2_Init(void) { TIM_HandleTypeDef htim2; // 配置 TIM2 基础参数 htim2.Instance = TIM2; htim2.Init.Prescaler = 71; // 设置预分频器，使计数频率为 1MHz htim2.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; htim2.Init.Period = 999; // 设置周期值，PWM 频率为 1kHz htim2.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; if (HAL_TIM_PWM_Init(&htim2) != HAL_OK) { Error_Handler(); } // 配置通道 1 为 PWM 模式 TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC; sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; sConfigOC.Pulse = 0; // 初始占空比为 0 sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE; if (HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim2, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1) != HAL_OK) { Error_Handler(); } } ``` ##### （2）生成正弦波数据表 通过数学计算生成正弦波的占空比数据表。假设正弦波周期为 1ms，则可以将一个周期分为 100 个点，每个点对应一个 PWM 占空比。 代码示例： ```c #define SINE_WAVE_POINTS 100 uint16_t sine_wave_table[SINE_WAVE_POINTS]; void GenerateSineWaveTable(void) { for (int i = 0; i < SINE_WAVE_POINTS; i++) { float angle = (float)i / SINE_WAVE_POINTS * 2 * 3.141592653589793f; // 计算角度 float value = sin(angle); // 计算正弦值 sine_wave_table[i] = (uint16_t)((value + 1.0f) / 2.0f * 1000.0f); // 映射到 0~1000 } } ``` ##### （3）动态更新 PWM 占空比 在定时中断中，依次读取正弦波数据表中的值，并将其赋给 PWM 的占空比寄存器。 代码示例： ```c volatile uint8_t sine_index = 0; void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim->Instance == TIM2) { __HAL_TIM_SET_COMPARE(htim, TIM_CHANNEL_1, sine_wave_table[sine_index]); // 更新占空比 sine_index = (sine_index + 1) % SINE_WAVE_POINTS; // 循环索引 } } ``` ##### （4）添加低通滤波器 由于 PWM 信号本质上是数字脉冲序列，需通过低通滤波器将其转换为平滑的模拟正弦波。推荐使用二阶 RC 滤波器，截止频率约为 22.34kHz[^5]。 #### 3. 注意事项 - **PWM 频率选择**：PWM 频率应足够高以避免人耳感知到高频噪声，同时满足低通滤波器的设计要求。 - **滤波器设计**：滤波器的截止频率应远低于目标正弦波频率的 1/10，以确保波形不失真[^4]。 - **资源占用**：相比于 DAC 方法，PWM 合成正弦波不依赖专用外设，但需要额外的滤波硬件。 ---