基于單片機的純正弦波逆變程序實現，包含硬件配置、SPWM生成算法和系統控制邏輯的核心代碼及設計要點：

一、系統架構設計

1.1 硬件組成

// 主控芯片選型（以STM32F103為例）
#define PWM_FREQ        20000  // PWM頻率20kHz
#define PWM_RESOLUTION  16     // 16位分辨率
#define SPWM_TABLE_SIZE 256    // 正弦表長度

// 硬件接口定義
#define PWM_CH1_PIN     PA8   // TIM1_CH1
#define PWM_CH2_PIN     PA9   // TIM1_CH2
#define CURRENT_SENSE   PA0   // 電流采樣
#define VOLTAGE_SENSE   PA1   // 電壓采樣
#define TEMP_SENSOR     PA2   // 溫度傳感器

1.2 系統框圖

MCU → SPWM生成 → 全橋驅動 → LC濾波 → 輸出隔離 → 采樣反饋
                ↑          ↓
            PWM中斷    保護電路

二、核心算法

2.1 SPWM波形生成

// 正弦表生成（Python預計算）
import numpy as np
t = np.linspace(0, 2*np.pi, SPWM_TABLE_SIZE, endpoint=False)
sine_wave = (np.sin(t) + 1) * 0.5 * 0xFFFF  # 歸一化到16位范圍

// C語言實現（查表法）
const uint16_t sine_table[SPWM_TABLE_SIZE] = {0x8000, 0xA57E, ..., 0x7FFF}; 

void TIM1_PWM_Init() {
    TIM1->PSC = SystemCoreClock / PWM_FREQ - 1;  // 設置預分頻
    TIM1->ARR = 0xFFFF;                          // 自動重裝載值
    TIM1->CCMR1 = TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_0; // PWM模式1
    TIM1->CCER = TIM_CCER_CC1E | TIM_CCER_CC2E;  // 使能通道1/2
    TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN;                    // 啟動定時器
}

void TIM1_IRQHandler() {
    if(TIM1->SR & TIM_SR_UIF) {
        static uint16_t index = 0;
        TIM1->CCR1 = sine_table[index];  // 更新通道1占空比
        TIM1->CCR2 = 0xFFFF - sine_table[index]; // 互補通道
        index = (index + 1) % SPWM_TABLE_SIZE;
        TIM1->SR &= ~TIM_SR_UIF;
    }
}

2.2 閉環控制算法

// 電壓電流雙閉環PID控制
float voltage_error = target_voltage - measured_voltage;
float current_error = target_current - measured_current;

// 電壓環PI調節
static float voltage_integral = 0;
voltage_integral += voltage_error * DT;
float voltage_output = Kp_voltage * voltage_error + Ki_voltage * voltage_integral;

// 電流環PI調節
static float current_integral = 0;
current_integral += current_error * DT;
float current_output = Kp_current * current_error + Ki_current * current_integral;

// 綜合調制信號
float spwm_modulation = (voltage_output + current_output) / 2.0;

三、保護功能實現

3.1 多重保護機制

// 硬件看門狗配置
void IWDG_Init() {
    IWDG->KR = 0x5555;    // 解鎖
    IWDG->PR = 0x04;      // 預分頻128
    IWDG->RLR = 0xFFF;    // 超時時間3.2秒
    IWDG->KR = 0xCCCC;    // 啟動
}

// 軟件保護邏輯
void Safety_Check() {
    if(ADC_Voltage < 10.0 || ADC_Voltage > 30.0) {  // 輸入電壓保護
        PWM_Disable();
        Buzzer_Alarm();
    }
    
    if(ADC_Current > 10.0) {  // 過流保護
        TIM1->CR1 &= ~TIM_CR1_CEN;  // 關閉PWM
        GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_PIN_3);  // 關閉繼電器
    }
    
    if(Temp_Sensor > 85.0) {  // 過溫保護
        Fan_Control(ON);
        LED_Alert(RED);
    }
}

四、系統初始化流程

int main() {
    // 硬件初始化
    SystemClock_Config();    // 72MHz系統時鐘
    ADC1_Init();             // 12位ADC采樣
    TIM1_PWM_Init();         // PWM初始化
    UART1_Init(115200);      // 調試通信
    I2C_Init();              // 連接EEPROM
    
    // 參數加載
    EEPROM_Read(0x00, &system_config, sizeof(SYSTEM_CONFIG));
    
    // 啟動保護
    IWDG_Init();
    Enable_Interrupts();
    
    while(1) {
        // 主循環處理
        Read_Sensors();      // 采集電壓/電流/溫度
        Safety_Check();      // 安全檢測
        PID_Control();       // 控制算法
        Update_Display();    // LCD顯示
        Check_Communication();// 處理串口指令
    }
}

五、關鍵參數配置

5.1 PWM參數優化

5.2 濾波器設計

// LC濾波器參數計算
#define INPUT_VOLTAGE  400.0  // 前級升壓后電壓
#define OUTPUT_VOLTAGE 220.0  // 輸出電壓
#define LOAD_POWER     300.0  // 負載功率

float L = (V_IN * V_IN - V_OUT * V_OUT) / (2 * π * f * P_LOAD * V_OUT);
float C = P_LOAD / (2 * π * f * (V_OUT^2 - V_IN^2));

六、調試與測試

6.1 波形驗證

// 通過UART輸出調試信息
void Debug_Log() {
    printf("V: %.2fV I: %.2fA THD: %.1f%%
", 
           measured_voltage, measured_current, Calculate_THD());
}

// 使用示波器觀察關鍵點
// 1. PWM輸出波形（TIM1_CH1）
// 2. 全橋輸出波形（變壓器原邊）
// 3. LC濾波后波形（副邊）

6.2 性能指標

參考代碼 基于單片機的純正弦波逆變程序，用于單相逆變器 www.youwenfan.com/contentcsk/69636.html

七、擴展功能實現

7.1 多模式切換

typedef enum {
    MODE_PURE_SINE,
    MODE_MODIFIED_SINE,
    MODE_SQUARE
} OutputMode;

void Set_Output_Mode(OutputMode mode) {
    switch(mode) {
        case MODE_PURE_SINE:
            TIM1->CCMR1 = 0x6060;  // 標準SPWM配置
            break;
        case MODE_MODIFIED_SINE:
            TIM1->CCMR1 = 0x7070;  // 修正波配置
            break;
        case MODE_SQUARE:
            TIM1->CCMR1 = 0x3030;  // 方波配置
            break;
    }
}

7.2 遠程控制

// Modbus RTU協議實現
void Modbus_Handler() {
    if(Modbus_CheckCRC()) {
        switch(Modbus_FunctionCode) {
            case 03:  // 讀取保持寄存器
                Modbus_Response(0x0000, (uint16_t*)&system_status, 4);
                break;
            case 06:  // 寫單個寄存器
                system_config.target_voltage = Modbus_RegisterValue;
                EEPROM_Write(0x10, &system_config, sizeof(SYSTEM_CONFIG));
                break;
        }
    }
}

八、PCB設計要點

1. 電源完整性： 采用4層板結構，中間層為GND和電源平面 關鍵電容（如C1/C2）靠近芯片引腳 電源路徑寬度≥2mm
2. 信號完整性： PWM信號線做包地處理 采樣電路與功率電路隔離 添加TVS管防護
3. 熱設計： MOS管底部鋪銅散熱 熱敏電阻靠近發熱元件 鋁基板用于高功率區域

九、典型應用場景

1. 太陽能逆變系統：配合MPPT控制器實現太陽能發電
2. UPS電源：市電斷電時無縫切換
3. 電動汽車充電樁：支持EVCC協議
4. 工業電源：驅動感性/容性負載