1. 引言

在正弦波逆变器的调制方式中，最广为熟知的方法便是载波调制：用正弦波与三角波比较。

体现在代码上，便是使用正弦表数组，例如每周期查表400次，频率50HZ，每次PWM周期都更新占空比，对应开关频率20KHZ。

如果想在上述基础上修改频率，那么自然想到的就是修改PWM频率，而每周期点数不变，进而改变每周期输出的正弦频率。但有个问题，单片机修改频率时，Period值也会变，占空比的CCR值不变时，占空比便会发生变化，输出波形就会异常、失真。

解决措施就是PWM频率不变，每周期查表次数也不变，在此基础上，使用专门的另一个定时器来查表，改变定时器中断速度，进而改变查表速度，来控制频率：

// ----------- 用于改变输出频率的函数 -----------
void SPWM_SetOutputFrequency(uint32_t spwm_freq_hz)
{
    // 1. 停止节拍定时器
    HAL_TIM_Base_Stop_IT(&htim2);
    
    if (spwm_freq_hz == 0) return;
    
    // 2. 计算新的中断频率 (查表频率)
    uint32_t update_freq = spwm_freq_hz * 100; // 100是每周期点数
    
    // 3. 根据中断频率，计算TIM2的ARR和PSC
    // 这里需要一个公式来动态计算，例如:
    //htim2.Instance->PSC = ...
    htim2.Instance->ARR = (HAL_RCC_GetPCLK1Freq() / htim2.Instance->PSC) / update_freq;
    
    // 4. 启动节拍定时器
    HAL_TIM_Base_Start_IT(&htim2);
}

// ----------- 通用定时器TIM2的中断服务函数 -----------
void TIM2_IRQHandler(void)
{
    if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim2, TIM_FLAG_UPDATE) != RESET)
    {
        __HAL_TIM_CLEAR_IT(&htim2, TIM_IT_UPDATE);
        SPWM_SET(); // 在这里调用查表更新函数
    }
}

// ----------- SPWM更新函数 (但注意幅值缩放) -----------
uint16_t spwm_num1 = 0;
uint16_t spwm_num2 = 50;  //相位相差180度（单极性倍频调制）
void SPWM_SET()
{
	spwm_num1++;
	if(spwm_num1 >= 100){spwm_num1 = 0;} // 使用 >= 更安全
	spwm_num2++;
	if(spwm_num2 >= 100){spwm_num2 = 0;}
	
    uint32_t hrtim_period = 3600;
	// 进行幅值缩放，确保比较值 < 周期值
	uint32_t cmp_val1 = (uint32_t)(spwm_Gain * (float)spwm_code[spwm_num1] / 3550.0f * hrtim_period);
	uint32_t cmp_val2 = (uint32_t)(spwm_Gain * (float)spwm_code[spwm_num2] / 3550.0f * hrtim_period);

	hhrtim1.Instance->sTimerxRegs[0].CMP1xR = cmp_val1;						
	hhrtim1.Instance->sTimerxRegs[1].CMP1xR = cmp_val2;
}

该方法便于理解，也很常用。

2. 本文介绍另一种无极变频方法：相位累加法

这种方法不需要额外的定时器，更高级，频率分辨率极高。

• HRTIM载波频率固定 (例如20kHz)，其中断(更新中断)频率也是固定的20kHz。

• 在中断中，不再是简单地 spwm_num++，而是维护一个32位的相位累加器 phase_acc。

• 每次中断都给 phase_acc 增加一个固定的 相位增量 phase_step。

• 正弦表的索引 spwm_num 取自phase_acc 的高位。spwm_num = phase_acc >> 24; (例如)

• 如何改变输出频率？ 只需要改变 phase_step 的大小即可。phase_step 越大，相位累加越快，查表越快，输出频率越高。

• 输出频率 = (相位增量 * 载波频率) / 2^32 这个方法避免了动态修改定时器的麻烦，是数字信号处理中生成变频信号的标准做法。

相位累加器法，它在数字信号处理中也被称为 直接数字频率合成 (Direct Digital Synthesis, DDS)。
这个方法非常强大且高效，是绝大多数现代变频器、信号发生器等设备生成高质量可变频率波形的核心技术。

核心原理：从“位置”思维到“速度”思维的转变

我们先用一个时钟的例子来理解两种方法的区别：

方法一（原始方法变种）：就像一个 “报时员”。有一个额外的定时器作为节拍器，这个节拍器每响一次（中断一次），报时员（SPWM_SET函数）就去看一下秒针应该走到哪个位置 (spwm_num++)，然后更新输出。想让秒针走快点（提高频率），就让节拍器响得更频繁。这种方法的缺点是，每次改变频率，都要重新计算并设定节拍器的参数。

方法二（相位累加器法）：更像一个 “高精度齿轮”。我们有一个固定的、极快的时钟滴答声（这就是HRTIM的20kHz更新中断，永不改变）。我们还有一个巨大的、有 2^32 (约43亿) 个刻度的精密齿轮，这个齿轮代表了从0到360度的完整相位。

“速度”由谁决定？ 由一个叫 相位增量 (phase_inc) 的值决定。

如何工作？ 每当听到一次时钟滴答，我们就把这个大齿轮往前拨动 phase_inc 这么多个小刻度。
phase_inc 大一点：每次拨动的角度大，齿轮转得快，输出频率就高。
phase_inc 小一点：每次拨动的角度小，齿轮转得慢，输出频率就低。
关键点：我们改变输出频率，不再是去修改任何定时器的频率，而仅仅是去修改一个内存中的变量 phase_inc 的值。

“相位”与“相位累加器”
相位 (Phase)：在正弦波中，相位就是它在一个周期中所处的位置，通常用0到360度或0到2π弧度表示。
相位累加器 (phase_acc)：就是一个非常大的无符号整数（通常是32位，uint32_t），我们用它的整个数值范围 [0, 2^32 - 1] 来精确地映射一个完整的360度相位。

0 对应 0 度。
2^31 (一半) 对应 180 度。
2^32 - 1 (最大值) 对应接近 360 度。

当这个32位整数溢出（从最大值 0xFFFFFFFF 再加1变回 0）时，正好完美对应了相位从360度回到0度的周期性循环。我们利用的就是这个天然的溢出特性！（不必手动归零）

详解“高低位是怎么回事？”——从相位到数组索引的映射
这是整个方法最巧妙的地方。现在我们有了一个代表精确相位的、高达43亿的数字 phase_acc，但我们的正弦表 spwm_code 可能只有100个点，甚至为了效率更高，我们通常会用256或512个点（强烈推荐使用2的N次方大小的表）。

问题： 如何将一个0到43亿的数字，映射到0到255的数组索引上？
答案就是：取这个32位数字的最高有效位 (Most Significant Bits, MSB)。

让我们以一个256点的正弦表为例，这会让解释变得极其简单和直观。
一个256点的数组，它的索引范围是0到255。要表示0-255，我们需要多少个二进制位？答案是8位 (2^8 = 256)。

现在想象你的32位相位累加器 phase_acc：

• 高8位 (b31 - b24)：这8位组合起来，数值范围正好是0到255。当 phase_acc 从0缓慢增长到 0xFFFFFFFF 时，这高8位也会从0平滑地增长到255。它们就像时钟的时针，虽然走得慢，但指明了当前大概在哪个小时。
• 低24位 (b23 - b0)：这24位提供了极高的精度，代表了两个主要刻度之间的细微相位。它们就像时-钟的秒针和更精细的毫秒针。

映射操作：
我们只需要取出 phase_acc 的高8位，就可以直接把它当作256点正弦表的索引！在C语言中，这个操作就是右移位。

uint8_t index = (uint8_t)(phase_acc >> 24);

• >> 24 的意思是：将这个32位的数字向右移动24位。原来的b24移动到b0的位置，b25移动到b1的位置…b31移动到b7的位置。这样，原来的高8位现在就变成了这个数的低8位，我们把它取出来，就得到了0-255的索引。

这就是“高低位”的秘密：我们用整个32位来累加相位以获得高精度，但只用它的最高几位来查表，因为我们的波形表没有那么精细。

频率是如何计算的

这个方法的频率计算非常精确：

输出频率 (Fout) = (相位增量 (phase_inc) * 更新频率 (Fs)) / 2^32

• Fs (更新频率/载波频率)：是固定不变的，就是你HRTIM更新中断的频率，比如 20,000 Hz。
• 2^32：是相位累加器的总刻度。

所以，如果我们想得到某个频率 Fout，我们只需要反过来计算 phase_inc 即可：

相位增量 (phase_inc) = (Fout * 2^32) / Fs

举例：

• 系统时钟72MHz, HRTIM周期3600 -> 载波频率 Fs = 20,000 Hz.
• 2^32 约等于 4.295 * 10^9

1. 想输出 50 Hz:
   phase_inc = (50 * 2^32) / 20000 = 10,737,418 (取整)

2. 想输出 500 Hz:
   phase_inc = (500 * 2^32) / 20000 = 107,374,182 (取整)

你看，想要改变频率，只需要修改 phase_inc 这个变量的值。切换可以是瞬间的，无缝的，并且频率分辨率极高（可以输出50.001Hz这样的频率）。

例程

#include <math.h> // for sinf
#define CARRIER_FREQ    20000UL     // 固定载波频率, Hz
#define SYS_CLOCK_FREQ  72000000UL
#define HRTIM_PERIOD    (SYS_CLOCK_FREQ / CARRIER_FREQ)

// !!! 强烈建议使用2的N次方大小的表，这里以256为例 !!!
#define SPWM_TABLE_SIZE 256
uint16_t spwm_code[SPWM_TABLE_SIZE];

// 全局、易失的相位变量
volatile uint32_t g_phase_acc_A = 0;
volatile uint32_t g_phase_inc_A = 0; // 控制A相频率
volatile uint32_t g_phase_acc_B = 0;
volatile uint32_t g_phase_inc_B = 0; // 控制B相频率

float spwm_Gain = 0.5;

// ---- 1. 在初始化时调用一次，生成正弦表 ----
void GenerateSpwmTable(void)
{
    for(int i = 0; i < SPWM_TABLE_SIZE; i++)
    {
        // 生成0-3599范围的值 (假设HRTIM周期是3600)
        float angle = (float)i * 2.0f * M_PI / SPWM_TABLE_SIZE;
        spwm_code[i] = (uint16_t)((1.0f + sinf(angle)) * (HRTIM_PERIOD / 2.0f));
    }
}

// ---- 2. 用于改变输出频率的函数，可在主循环中随时调用 ----
void SPWM_SetOutputFrequency(float freq_hz_A, float freq_hz_B)
{
    // 使用64位整数进行中间计算防止溢出
    g_phase_inc_A = (uint32_t)(((uint64_t)freq_hz_A * 4294967296ULL) / CARRIER_FREQ);
    g_phase_inc_B = (uint32_t)(((uint64_t)freq_hz_B * 4294967296ULL) / CARRIER_FREQ);
}

// ---- 3. HRTIM的更新中断服务函数 (以TimerA为例) ----
// 假设此中断以固定的 CARRIER_FREQ (20kHz) 频率触发
void HRTIM1_TIMA_UP_IRQHandler(void)
{
    if(__HAL_HRTIM_GET_FLAG(&hhrtim1, HRTIM_FLAG_TIMA_REP))
    {
        __HAL_HRTIM_CLEAR_FLAG(&hhrtim1, HRTIM_FLAG_TIMA_REP);
        
        // --- A相处理 ---
        // 累加相位
        g_phase_acc_A += g_phase_inc_A;
        // 取高8位作为索引 (32 - 8 = 24)
        uint8_t index_A = g_phase_acc_A >> 24;
        
        // --- B相处理 (可以用同一个累加器加一个相位偏移) ---
        // 假设B相滞后A相120度 (1/3周期)
        uint32_t phase_offset_120_deg = 0xFFFFFFFF / 3;
        uint32_t current_phase_B = g_phase_acc_A + phase_offset_120_deg; // 加上相位偏移
        uint8_t index_B = current_phase_B >> 24;

        // 更新比较值
        uint32_t cmp_val_A = (uint32_t)(spwm_Gain * spwm_code[index_A]);
        uint32_t cmp_val_B = (uint32_t)(spwm_Gain * spwm_code[index_B]);
        
        hhrtim1.Instance->sTimerxRegs[0].CMP1xR = cmp_val_A; // Timer A
        hhrtim1.Instance->sTimerxRegs[1].CMP1xR = cmp_val_B; // Timer B
    }
}

这个方法初看可能有点抽象，但一旦理解了“用固定的节拍，通过改变步进大小来控制速度”的核心思想，就会发现它非常优雅和高效。

而无极调压原理很简单，上述代码演示的是按键开环，只需要调节spwm_Gain（0-1）即可，也就是调节衰减系数。

视频实机演示：50HZ-500HZ无极调频，步进10HZ

• 本人电力电子新能源行业硬件工程师，软件也会点
• 我的B站：尚知物理 （全网同名）
• 个人网站：www.yyscience.cn

• 其中的资源下载站，汇集了包括电力电子技术在内的众多学习资料，方便大家查找下载。

• 之后可能会更新这个视频带讲解

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更新：
为了更通俗的描述相位累加法，我们抛弃所有复杂的术语，用一个最直观的游乐园 merry-go-round（旋转木马） 的比喻来解释。

想象一下，我们的最终目标是让一个小人（PWM输出值）沿着一个圆形路径（正弦波）平滑地运动。我们想随心所欲地控制他跑得快还是慢（输出频率高还是低）。

第一步：”搭建我们的“游乐场”

• 一个超大的旋转木马：

  这个旋转木马不是普通的360度，而是被我们划分成了 43亿个 (准确地说是 2^32 = 4,294,967,296)
  极其微小的“位置点”。这个木马本身，就代表了 一个完整的0°到360°的正弦波周期。

  在代码里，这个旋转木马就是 uint32_t phase_acc;
  (相位累加器)。它是一个32位的无符号整数，它的数值范围正好是0到大约43亿。

• 一个节奏固定的鼓手： 游乐场里有个鼓手，他以 永不改变
  的速度在敲鼓，比如每秒敲2万下（20kHz）。每一次鼓声，都是我们命令小人“动一下”的信号。

  在代码里，这个鼓手就是 HRTIM 的更新中断。我们把它设置为一个固定的频率（比如20kHz），然后就再也不去动它了。

• 一本风景画册：
  我们给这个巨大的旋转木马拍了一套风景照，但为了省事，我们没有拍43亿张，只在256个有代表性的位置拍了照片。这256张照片按顺序放在一本画册里，完整地展示了木马一圈的风景（一个完整的正弦波形状）。
  在代码里，这本画册就是我们的正弦表 uint16_t spwm_code[256];。

第二步：如何让小人“动起来”？

现在，我们的目标是在每一次鼓声响起时，更新一下小人的位置（即PWM占空比）。

错误的方法：位置 = 位置 + 1。这样小人的速度就固定了，没法改变。

天才的方法（DDS）：我们引入一个新概念——“步长”。

“步长” (phase_inc): 这不是小人的最终位置，而是每一次鼓响后，小人应该向前挪动多少个微小的位置点。
整个游戏的核心规则变得极其简单：

每一次鼓声响起，就执行： 当前位置 = 上一次的位置 + 步长
phase_acc = phase_acc + phase_inc;

现在，神奇的事情发生了：
如果我们想让小人跑得慢 (输出50Hz低频波)：
我们就把 “步长”(phase_inc) 设得很小，比如设为 10,000。
每次鼓响，小人只往前挪一点点。他需要挪动很多次才能跑完一整圈（43亿个位置点），所以他转得很慢。

如果我们想让小人跑得飞快 (输出500Hz高频波)：
我们就把 “步长”(phase_inc) 设得很大，比如设为 100,000。
每次鼓响，小人都往前跨一大步。他很快就能跑完一整圈，所以他转得飞快。

关键点：我们是通过改变一个简单的变量 phase_inc（步长），就控制了小人的速度（频率）。鼓手的节奏（HRTIM中断频率）自始至终都没有变过！

第三步：最难理解，但最巧妙的一点——如何从“位置”找到“照片”？

现在我们遇到了一个问题：

小人的“当前位置” phase_acc 是一个0到43亿之间的大数字。但我们的“风景画册” spwm_code 里只有256张照片，编号是0到255。
如何把一个43亿范围的数字，对应到一个256范围的编号上呢？

答案是：“只看大概，忽略细节”，也就是 取高位。

想象一下，43亿个位置点分布在一个32位的二进制数上：
|b31 b30 b29 b28 b27 b26 b25 b24| |b23 b22 … b1 b0|
<---- 最高8位 ----> ------------------------- <---- 低24位 ---->

最高8位 (上图左侧): 它们组合起来的数值范围正好是 0 到 255。这8位可以告诉我们，小人目前大概在旋转木马的哪一个“区域”。这256个“区域”正好对应我们画册里的256张照片。

低24位 (上图右侧): 它们提供了超高的精度，描述了小人在那个“区域”内部的具体位置。但这对我们选照片来说不重要！我们只需要知道他在哪个大区域就行了。

所以，我们只需要一个简单的操作：把 phase_acc 这个32位数，向右移动24位 (phase_acc >> 24)。

这个操作就像是把低24位的“细节”扔掉，只保留了最高8位的“大概区域编号”。这个编号，就是我们画册 spwm_code 的索引！
画册索引 = 当前位置 >> 24
index = phase_acc >> 24;

• 流程总结与代码演练

现在我们把整个流程串起来，看看到底发生了什么。

假设鼓手每秒敲4下（4Hz中断），我们的画册有4张照片。相位累加器是8位（0-255）。

• 目标：慢速转圈（1秒1圈 = 1Hz） 要用4步走完256个位置点，所以每一步的 步长 phase_inc = 256 / 4 = 64。
  
  你看，它完美地循环了，而且4次鼓声正好循环一圈。

• 目标：快速转圈（1秒2圈 = 2Hz） 要用2步走完256个位置点，所以每一步的 步长 phase_inc = 256 / 2 =
  128。
  
  同样是每秒4下鼓声，只因为我们把 步长 从64改成了128，小人的速度就快了一倍！

结论
DDS/相位累加器方法的精髓：

• 固定一个高速时钟（中断）：作为执行动作的“节拍”。
• 用一个大整数（相位累加器）来记录精确的“位置”。
• 每一次节拍，都让“位置”前进一个“步长” (phase_acc += phase_inc)。这个整数的自动溢出特性完美地实现了循环。
• 通过改变“步长”的大小，可以任意、精确地控制转圈的“速度”（频率）。
• 用“位置”的高几位作为“大概位置”，去小容量的波形表中查找当前的输出值 (index = phase_acc >> N)。
• 这个方法就像是数字世界的变速齿轮，简单、高效、精准。希望这次的旋转木马比喻能帮助您彻底理解它的工作原理。