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简介：这是一份STM32 SPWM程序资源包，面向从事电机控制与电源转换开发的嵌入式工程师，目标是帮助具备C语言与STM32基础的开发者快速实现PWM调制功能。压缩包内含40个文件，整体约570KB，以C源文件、头文件以及编译生成的o、lst、axf为主，并配有Keil uv2工程配置、map映射和调试信息，结构清晰，适合直接导入开发环境。内容围绕“一个定时器实现SPWM”的方案展开，涵盖定时器时钟源与计数模式设置、CCRx占空比调节、死区时间保护、边缘/中心对齐模式选择，以及HAL库中PWM启动和回调函数的实际用法。资源提供了从定时器初始化到SPWM波形输出的完整工程链路，可帮助快速理解配置逻辑，并在此基础上进行电机控制或逆变电路的二次开发与优化。当前已有703人学习下载，对于正在学习STM32 PWM调制或准备开展电源类项目开发的读者具有直接参考价值。

1. 一个定时器出 SPWM，201003.rar里到底藏了什么

解压201003.rar后，工程名201003 SPWM-一个定时器 SPWM已经说明了它的做法：只使用 STM32 的一个定时器，就输出一路按正弦规律变化的 PWM 波形。这个程序没有操作屏幕、没有协议栈，核心资源就是一张正弦表和一次更新中断。单定时器方案相比用两个定时器做载波和调制波同步的项目，省定时器资源，逻辑清晰，非常适合做单相正弦逆变、SPWM 变频器异步电机调速、正弦波电源这类场景的波形生成。下面我会按原理、参数、代码、排错、可变频/DMA 的顺序把这条线索完整展开，拿到 201003 这个工程的人可以照着验证。

2. 单定时器 SPWM 的生成原理与定时器选择

2.1 查表更新 CCR：数字 SPWM 的落地点

模拟 SPWM 用正弦波和三角波比较，数字实现多数采用规则采样：把正弦波一个周期等分成 N 份，在第 k 个 PWM 周期把占空比设成正弦表里的第 k 个值。占空比公式是：

D[k] = 0.5 + 0.5 * M * sin(2π * k / N)

M 是调制比，一般取 0.8～0.95。0.5 意味着在 50% 基础上上下摆动，这样 PWM 的平均电压是正弦，再经低通滤波后就是正弦波。STM32 的定时器输出 PWM 时，ARR 决定周期，CCR 决定占空比，所以真正写入比较寄存器的值是：

CCR[k] = (uint16_t)(ARR + 1) * D[k]

为什么用ARR + 1？因为定时器的计数范围是 0～ARR，一共 ARR + 1 个计数点。很多人在这里忘了 +1，导致最大占空比比预期小 1/ARR，波形顶部变浅。对于 ARR 只有几十的 20kHz 载波，这个误差有 2% 量级，示波器上能看出来。

#define SPWM_TABLE_SIZE 400 #define MODULATION_INDEX 0.9f static uint16_t spwm_table[SPWM_TABLE_SIZE]; void spwm_table_init(int arr) { for (int i = 0; i < SPWM_TABLE_SIZE; i++) { float ratio = 0.5f + 0.5f * MODULATION_INDEX * sinf(2.0f * 3.14159f * i / SPWM_TABLE_SIZE); spwm_table[i] = (uint16_t)((float)(arr + 1) * ratio + 0.5f); } }

加0.5f是做四舍五入，表在上电初始化时生成，中断服务里只做查表和写 CCR。MODULATION_INDEX用 0.9 是为了给死区留出空白窗口，如果调到 1.0，最大 CCR 会顶到 ARR，驱动全桥时容易出问题。

2.2 单定时器如何同时决定载波频率和正弦频率

一个定时器只有一个 ARR，只能决定 PWM 周期；正弦周期靠的是“每隔一个 PWM 周期把占空比换成表的下一个值”。所以更新事件频率和表长度一旦固定，正弦波频率就确定了：

f_out = f_carrier / SPWM_TABLE_SIZE

比如载波 20kHz，表 400 点，每秒跳 20000 次表，循环一遍需要 400 次，正好 50Hz。也就是说，改 PSC/ARR 改的是载波，同时也改变了输出频率，表长则是两者之间的比例桥。很多程序把表和定时器参数写死，换一种输出频率就要重新生成表，根源就在这里。

这段映射关系在边沿对齐模式下非常直接。中断里的骨架就是一个查表加一个索引自增：

void timer_update_isr(void) { tim_ccr = spwm_table[idx]; idx = (idx + 1) % SPWM_TABLE_SIZE; }

更新中断频率等于 PWM 频率，也就是说整个 SPWM 的行为完全由这一个定时器驱动。如果应用里还在跑 Modbus、触摸屏或者状态机，这套方案的 CPU 占用可以压得很低。

2.3 定时器选型：TIM1/TIM8 还是 TIM2/TIM3

单定时器 SPWM 对定时器型号本身没有苛刻要求，通用定时器也能做。但 201003 这种面向电机逆变/变频的程序，最终要驱动 MOS 或 IGBT 桥臂，一对互补 PWM 是少不了的。TIM1/TIM8 属于高级定时器，自带互补输出和可编程死区；TIM2/TIM3 没有死区发生器，要自己在外面加 RC 延迟或者逻辑电路，麻烦且参数随温度漂移。选型顺序一般是这样：需要互补输出和死区就选 TIM1/TIM8，只输出单极性 SPWM 给运放才考虑通用定时器。另一个差别是时钟源：TIM1/TIM8 在 APB2 上，本例直接是 72MHz；TIM2/TIM5 在 APB1 上，如果 APB1 分频不是 1，定时器时钟可能变成 36MHz。改定时器实例时，RCC 时钟和 IRQn 要一起改，否则频率全错。

__HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE(); /* TIM1 时钟来自 APB2，72MHz */

不光是 TIM1，TIM8 也挂在 APB2。常有人从 TIM4 的工程改到 TIM1，却只换实例名，不换 APB1/APB2 使能，结果 PWM 频率差一半，找半天找不到原因。

3. 在 STM32 上实现单定时器 SPWM：参数、初始化与中断更新

3.1 先算 PSC、ARR 和正弦表长度

目标：载波 20kHz，正弦波 50Hz，定时器时钟 72MHz。先定 ARR = 49，则一个 PWM 周期有 50 个计数点。PSC 由下面的公式反推：

PSC = 72MHz / (20kHz * (ARR + 1)) - 1 = 72MHz / (20kHz * 50) - 1 = 71

此时计数频率 1MHz，PWM 周期 50us，正好 20kHz。表长度取 400，则正弦波周期为 400 / 20000 = 20ms，也就是 50Hz。用 Python 生成这张表最省事：

import math N = 400 ARR = 49 M = 0.9 table = [] for i in range(N): ratio = 0.5 + 0.5 * M * math.sin(2 * math.pi * i / N) ccr = int((ARR + 1) * ratio + 0.5) ccr = min(ccr, ARR) table.append(ccr) print("const uint16_t spwm_table[400] = {") for i in range(0, len(table), 16): print(" " + ", ".join(f"{v:3d}" for v in table[i:i+16]) + ",") print("};")

代码里min(ccr, ARR)做了钳制，防止 M 设成 1.0 时出现 CCR 大于 ARR 的越界值。PWM 模式下 CCR 大于 ARR 会变成恒高电平，SPWM 波形直接毁掉。对 400 点表来说，M=0.9 最大 CCR 只有 47，不会越界，但这个保护在调试中能挡掉很多手误。

3.2 初始化 TIM1 并输出 PWM

下面这段基于 STM32 HAL 库，目标芯片以 STM32F103 为例。

TIM_HandleTypeDef htim1; TIM_OC_InitTypeDef sConfigOC; void mx_tim1_spwm_init(void) { __HAL_RCC_TIM1_CLK_ENABLE(); htim1.Instance = TIM1; htim1.Init.Prescaler = 72 - 1; /* 计数频率 1MHz */ htim1.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; /* 边沿对齐 */ htim1.Init.Period = 50 - 1; /* 20kHz 载波 */ htim1.Init.ClockDivision = TIM_CLOCKDIVISION_DIV1; htim1.Init.RepetitionCounter = 0; HAL_TIM_PWM_Init(&htim1); sConfigOC.OCMode = TIM_OCMODE_PWM1; sConfigOC.Pulse = 25; /* 初始 50% 占空比 */ sConfigOC.OCPolarity = TIM_OCPOLARITY_HIGH; sConfigOC.OCNPolarity = TIM_OCNPOLARITY_HIGH; sConfigOC.OCFastMode = TIM_OCFAST_DISABLE; sConfigOC.OCIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET; sConfigOC.OCNIdleState = TIM_OCIDLESTATE_RESET; HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&htim1, &sConfigOC, TIM_CHANNEL_1); /* 关键：让 CCR 值到更新事件才生效 */ __HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD(&htim1, TIM_CHANNEL_1); HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1); __HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim1, TIM_IT_UPDATE); HAL_NVIC_EnableIRQ(TIM1_UP_IRQn); }

Prescaler = 72 - 1把 72MHz 分频成 1MHz，Period = 50 - 1让定时器计数 50 个节拍溢出一次，得到 20kHz。__HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD是必须的，它让 CCR 写入在更新事件时才装载，也就是影子寄存器生效。很多 SPWM 程序在示波器上看到脉宽偶尔跳一下，多半就是漏了这个宏。

3.3 更新中断里改占空比

extern const uint16_t spwm_table[400]; volatile uint16_t spwm_index = 0; void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim->Instance == TIM1) { __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, spwm_table[spwm_index]); spwm_index++; if (spwm_index >= 400) { spwm_index = 0; } } }

__HAL_TIM_SET_COMPARE本质是写 CCR1，因为开了预装载，写入会在本 PWM 周期结束、计数器回到 0 时生效。如果没开，CCR 的修改立即作用到当前正在输出的脉冲，可能导致脉冲被截断或加宽，电机相电流上就会出现毛刺。这个中断周期是 50us，中断里只有读表、写寄存器和索引判断，大部分 Cortex-M 内核都能轻松跑。但要注意，如果中断里再塞浮点 PI、串口打印或者阻塞延时，50us 可能不够，错过更新事件后输出波形的相位会抖。

HAL 的中断路径是TIM1_UP_IRQHandler进HAL_TIM_IRQHandler，再回调HAL_TIM_PeriodElapsedCallback。所以初始化时必须把TIM1_UP_IRQn的优先级配好，不能让定时器中断被低优先级任务卡太久。

3.4 为什么占空比会突然跳变：影子寄存器

CCR 寄存器在 STM32 中本身有影子寄存器，但默认预装载功能未开启，比较值是否立即可见取决于 OCxPE 位。__HAL_TIM_ENABLE_OCxPRELOAD就是在置这个位。调试时有个省事的判断方法：把示波器放大到单个 PWM 周期，如果高电平时间不是相邻表项之间的渐进变化，而是偶尔跳一大格，基本就是预装载未开。这个坑和 PSC/ARR 算错不一样，它不是系统性偏差，而是随机毛刺，光看频率不一定发现得了。

4. 波形质量、死区参数与示波器常见坑

4.1 边沿对齐与中心对齐：更新频率翻倍后的表长问题

3.2 用的是向上计数，也就是边沿对齐模式。如果改成中心对齐模式TIM_COUNTERMODE_CENTERALIGNED1，定时器向上计数到 ARR 再向下计数到 0，一个完整 PWM 周期里会产生两次更新事件，更新中断频率约等于 PWM 频率的两倍。沿用 3.2 的 PSC=71、ARR=49，PWM 频率会变成约 10.2kHz，而更新事件频率约 20.4kHz，中断里仍然每次跳一个表项，输出频率就是 20.4kHz / 400 ≈ 51Hz，载波却低了一半。

看第二行：中心对齐模式下把 ARR 改成 25，PWM 频率回到 20kHz，但更新事件频率是 40kHz，400 点表扫完只需要 10ms，输出变成了 100Hz。要保持 50Hz，必须把表加长到 800 点。这是单定时器 SPWM 里最容易踩的隐性翻倍问题，示波器上波形看着是正弦，频率就是不对，而且听电机声音会高一个八度。

4.2 单定时器方案的死区设置

用 TIM1 的 CH1 和 CH1N 驱动半桥时，死区必须处理。HAL 库里死区在 BreakDeadTime 配置结构体里：

TIM_BreakDeadTimeConfigTypeDef bdt; bdt.OffStateRunMode = TIM_OSSR_DISABLE; bdt.OffStateIDLEMode = TIM_OSSI_DISABLE; bdt.LockLevel = TIM_LOCKLEVEL_OFF; bdt.DeadTime = 100; /* 100 / 72MHz = 1.39us */ bdt.BreakState = TIM_BREAK_DISABLE; bdt.BreakPolarity = TIM_BREAKPOLARITY_HIGH; bdt.BreakFilter = 0; bdt.AutomaticOutput = TIM_AUTOMATICOUTPUT_DISABLE; HAL_TIMEx_ConfigBreakDeadTime(&htim1, &bdt); HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);

DeadTime的单位是定时器时钟周期。72MHz 时步长约 13.9ns，100 对应 1.39us，普通低压 MOS 够用。开了死区之后，占空比表的最大值必须受限。上面生成的表 M=0.9，最大 CCR 是 47，ARR 是 49，高电平时间占 96%，剩余 4% 给死区，只是勉强够。如果是 IGBT，建议把 M 降到 0.85，给功率器件留更多关断时间。

4.3 从示波器现象反推配置问题

有个隐蔽情况：正弦波削顶不是顶部真的变成直线，而是峰值附近的占空比连续多拍饱和在高电平，看起来像削平。这时先查表生成脚本里有没有把ratio限制在 0～1，再看MODULATION_INDEX是不是被误写成 1.0。

4.4 调试 SPWM 的步骤建议

不要一上来就接功率板。先把 PWM 引脚接到示波器，确认频率和占空比渐变规律。用示波器光标量第 1、第 100、第 200 个 PWM 的高电平时间，应该能看到从窄到宽再回到窄的完整正弦趋势。确认之后再接 LC 滤波。如果改了 ARR 而表没有同步重建，输出频率看起来对，波形却会乱。常见做法是在 main 里启动时生成一次表，调参数时把表的前 10 个值通过串口打出来，和脚本生成的结果对比，避免表损坏但波形半对半错的情况。

5. 在线调频与 DMA 搬运：把 SPWM 程序用得再灵活一点

5.1 不用改表的变频：相位累加器

固定 50Hz 的做法是每个中断索引加 1。想在线调频，可以把索引增量从常量 1 改成可变量 step。为了省掉取模运算，表长最好取 2 的幂，比如 512 点。

#define PHASE_TABLE_SIZE 512 volatile uint32_t spwm_phase = 0; volatile uint32_t spwm_step = 1; void HAL_TIM_PeriodElapsedCallback(TIM_HandleTypeDef *htim) { if (htim->Instance == TIM1) { uint16_t idx = spwm_phase & (PHASE_TABLE_SIZE - 1); __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim1, TIM_CHANNEL_1, spwm_table[idx]); spwm_phase += spwm_step; } }

spwm_phase & 511等价于对 512 取模，没有除法，中断里开销很小。输出频率关系是：

f_out = (f_carrier * spwm_step) / PHASE_TABLE_SIZE

但整数步进有个限制：载波 20kHz、表 512 点时，step=1 对应 39.06Hz，step=2 对应 78.13Hz，没有精确的 50Hz。变频场景里，我会把载波设成 12.8kHz、表长 256，step=1 正好 50Hz，step=2 是 100Hz，作为 50/100Hz 两档切换非常干净。如果要求任意频率且精度高，需要用更长的相位累加器和 DDS 思想，但单定时器 SPWM 的核心逻辑仍然是这条。

5.2 DMA 搬运正弦表，占 CPU 最少

固定频率的 SPWM 可以把中断整个去掉，用定时器的 DMA 请求把正弦表逐个搬到 CCR：

HAL_TIM_PWM_Start_DMA(&htim1, TIM_CHANNEL_1, (uint32_t *)spwm_table, SPWM_TABLE_SIZE);

每个更新事件到来时，DMA 自动把内存里的下一项写入 CCR1，CPU 完全不被打扰。需要注意表放在 RAM 且按 32 位地址对齐，DMA 宽度配置成半字；放在 Flash 虽然部分系列也能读，但保险起见 RAM 更省心。DMA 方式的缺点是改频率和修改表不灵活，适合固定 50Hz 正弦波电源这类应用。如果要做变频器，还是 5.1 的相位累加器更实用。

5.3 最后验证：看 PWM 和滤波后波形

接一个一阶 RC 低通：R=1kΩ，C=220nF，截止频率约 724Hz，20kHz 载波衰减约 29dB，50Hz 基波基本无损。示波器 CH1 测 PWM 引脚，CH2 测 RC 输出，应当看到 PWM 高电平时长围绕 50% 正弦变化，CH2 是一条干净的 50Hz 正弦。用万用表频率档测 PWM 引脚是 20kHz，测 RC 输出是 50Hz，就可以把程序接到驱动级。如果 CH2 有明显台阶，说明表长不够或载波频率太低；如果正弦波相位在抖，说明中断响应不稳定，优先查 NVIC 优先级和中断里是否藏了浮点运算。把 PWM 引脚频率量到 19.98kHz，滤波输出量到 49.9Hz，这个工程才算真正能往下接功率级。

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