基于Arduino和H桥生成PWM正弦波驱动电磁电机的频率控制咨询

问题根源 #

你修改f后输出没有变化，核心是两个问题：

• 计算正弦波样点时f被约掉了：你用的公式2 * pi * f * n * dt里，dt = 1/(f*numSamples)，代入计算后f直接消去，不管你把f设成多少，生成的sineSignal数组都是完全一样的20个半波绝对值采样点，波形本身不会有任何变化。
• 采样点延时是固定值：你写死了delay(sampleFreq)，也就是每个采样点停留2000ms，20个点走完整一个周期需要40秒，对应输出频率固定为0.025Hz，和你定义的f完全没有关联。

实现可变频率的修改方案 #

首先明确核心逻辑：输出正弦波的频率 = 1/(单周期采样点数 × 每个采样点的停留时间)，你设置的numSamples=20就是单周期采样点数，只需要调整每个采样点的停留时间，就能直接控制输出频率。

修改后的参考代码如下：

const int DIR1_PIN = 4;
const int DIR2_PIN = 5;
const int PWM_PIN = 6;
const int LED_PIN = 9;

const int numSamples = 20;
const float pi = 3.1415;
float f = 1; // 按需修改这个值即可调整输出频率，单位Hz
int sineSignal[numSamples];
int dir1Array[numSamples];
int dir2Array[numSamples];

void setup()
{
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DIR1_PIN, OUTPUT);
  pinMode(DIR2_PIN, OUTPUT);
  pinMode(PWM_PIN, OUTPUT);

  // 正弦波表和输出频率无关，只生成一次即可
  for (int n = 0; n < numSamples; n++)
  {
    // 这里直接用2πn/numSamples计算，不需要带f，结果和你之前的计算完全一致
    sineSignal[n] = abs((int)(255 * sin(2 * pi * n / numSamples)));
    dir1Array[n] = n < numSamples / 2 ? HIGH : LOW;
    dir2Array[n] = n < numSamples / 2 ? LOW : HIGH;
  }
}

void loop()
{
  // 根据目标频率计算每个采样点的停留时长，单位ms
  int sampleDelay = 1000 / (numSamples * f);
  for (int n = 0; n < numSamples; n++)
  {
    analogWrite(LED_PIN, sineSignal[n]);
    analogWrite(PWM_PIN, sineSignal[n]);
    digitalWrite(DIR1_PIN, dir1Array[n]);
    digitalWrite(DIR2_PIN, dir2Array[n]);
    delay(sampleDelay);
  }

  // 如果需要动态调整频率，比如外接电位器，直接在这里修改f的值即可，不需要重新生成波表
  // 示例：f = map(analogRead(A0), 0, 1023, 1, 10); 即可实现1~10Hz的频率连续调节
}

补充说明 #

• 如果需要输出的频率较高（比如超过10Hz），delay()的精度会不足，而且延时期间CPU无法处理其他任务，建议换成millis()实现非阻塞延时，或者用定时器中断触发射频输出，频率精度会高很多。
• 目前的方向切换是半周时直接跳变，如果电磁阀工作时有明显顿挫感，可以在H桥输出端加一级RC低通滤波，输出的正弦波形会更平滑。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Hadar