3 立即 CMPA 寄存器更新导致的 PWM 占空比异常

要改变 PWM 占空比，必须向 CMPA 寄存器写入新值。软件很难做到高度确定性的更新，因此 CMPA 寄存器可能在不合适的时刻更新，这会导致非预期的 PWM 占空比，进而在短时间内造成 LED 控制亮度异常或电机转速与扭矩控制失常。为了避免不可预测的更新，应使用影子寄存器更新来代替立即寄存器更新。让我们通过将 PWM 占空比从 20% 更改为 80%，尝试理解立即寄存器更新如何在向上计数模式下导致该问题。

考虑向上计数模式下的 PWM 配置为：当 TBCNT = 0 时输出高电平，当 TBCNT = CMPA 时输出低电平。如果 CMPA 寄存器在一个周期中途更新，根据新的 CMPA 值，PWM 输出可能会在当前周期中早于或晚于预期切换至低电平。这会导致持续一个或多个 PWM 周期的占空比失真。

以下寄存器配置可用于在向上计数模式下生成 20% 的 PWM 占空比。

EPWM_TBPRD = 62500 EPWM_TBCTL.CTRMODE = 0 → Up
                count mode EPWM_CMPA = 12500 (= 62500 x 20%) EPWM_CMPCTL.SHDWAMODE = 1 → Immediate
                mode

如下图所示，通过更新 CMPA 寄存器使 PWM 占空比达到 80%。

EPWM_CMPA = 50000 (= 62500 × 80%)

图 3-1 是通过逻辑分析仪探测到的 PWM 信号。

预期占空比直接从 20% 变为 80%，但实际出现了 25% 和 83% 的非预期占空比。

具体分析如下。

• 当前占空比 = 20%。
  方程式 1. $Duty = 100 \times \frac{12500}{12500 + 50000} = 20\%$
• 软件会在 ① 至 ② 之间将 50000 写入 CMPA 寄存器。
• CMPA 寄存器值会立即更新。
• PWM 在 ② 时翻转，导致占空比变为 25%。
  方程式 2. $Duty = 100 \times \frac{12500}{12500 + 37500} = 25\%$
• 在随后的 PWM 周期中，PWM 占空比变为 83%。
  方程式 3. $Duty = 100 \times \frac{62500}{62500 + 12500} = 83\%$
• 经过两个连续的 PWM 周期后，PWM 占空比稳定在 80%。
  方程式 4. $Duty = 100 \times \frac{50000}{50000 + 62500} = 80\%$

这种行为的根本原因在于 CMPA 寄存器的立即更新模式。在此模式下，写入 CMPA 的任何新值都会立即生效 — 即便在周期中间写入亦是如此。由于 PWM 逻辑使用当前 CMPA 值进行比较事件判断，周期中间的变化会导致输出时序错误。这并非硬件缺陷，而是配置上的疏忽。立即更新在某些情况下是有效的，但对于运行过程中的动态占空比调整，这种更新方式并不安全。