代码收藏家技术教程 2022-12-31

FOC配置篇：使用定时器触发ADC注入组采样的配置

foc配置篇——ADC注入组使用定时器触发采样的配置

foc驱动板都会用到电流采样，本篇就针对三电阻低测采样来讲一讲如何配置ADC。

一、基本原理

在此之前，或许大家使用ADC都是建立一个大数组，然后DMA无脑开着将数据搬到数组里，等到要用到时候就取出来做一个均值滤波。

这种方法用在foc电流采样上行不行呢？答案是看情况，如果你的硬件用的是低采，这种方法是行不通的。因为低采的采样电阻在下桥臂到地之间，当下桥臂关闭时，电流是不能通过下桥臂流向地的，此时采样电阻自然也不会有电流经过（除了漏电流之类的）。因此，低采就是要当下桥臂开启的时候采样。

如果我们还用无脑采，采样点在任意一个地方都是有可能的，可能采在下桥臂关闭的时候，也可能采在mos开启关闭的瞬间，具体在哪我们是不知道。因此我们就需要触发采样，必须非常明确地在下桥臂开启的时候采样。

二、CubeMX配置

下面就以最常见的STM32F405RG为例：

1、首先是正常配置时钟树，将主频配置为168M。

2、配置TIM1输出六路24KHz的PWM信号

（1）

解释：

这里的通道四用作ADC的触发源，一般情况不需要它输出，不过初学时为了方便调试及理解，也可以配置成 PWM Generation CH4。但一定要看清楚是 PWM Generation 开头的，切记切记不要选成 Output Compare 开头的！！！

（2）

说明：

Counter Settings
Presclar ：预分配系数，为了不损失定时器的分辨率，一般都设为0
Counter Mode ：这里一定要选择中心对齐模式，至于是123无所谓，因为这个只会影响到捕获比较中断，而这个中断我们用不到。
Counter Period ：装载值，计算公式为定时器频率/PWM频率/2 = 168000000/24000/2 = 3500 。中心对齐模式的装载值需要除以2，但不需要减1。

其余全部默认即可。

（3）这里可以使能溢出中断，然后在中断里翻转io便于调试。

3、配置ADC

（1）根据自己板子的硬件连接去选择ADC通道，这里假设连接通道0、1、2

（2）ADC基本配置

全部默认即可

（3）ADC规则组的配置

全部默认即可。不过这里特别说明一下，使用CubeMX配置ADC，即使用不到规则组，它也会强制你用一个规则通道。这里可以随便选择一个，只要后续我们不开启规则转换，这个通道也不会被规则组影响。或者实在是不放心的，可以选个内部温度通道。

（4）ADC注入组的配置

说明：

Number Of Conversions ：使用到注入组的通道个数。默认是0的，需要我们加到3，然后点击旁边空白地方一下，就会自动多出下面三个 Injected Rank 。
External Trigger Source ：外部触发源，这里我们便使用前边说的定时器1的通道四作为触发源。
External Trigger Edge ：外部触发极性。这个极性怎么去理解呢？我们可以想象一下定时器1的通道四输出pwm，而pwm是有上升沿和下降沿的。我们这里选择下降沿，意思就是在通道4输出pwm的下降沿的瞬间，触发ADC进行AD转换。（这个后边会细讲）
Injected Conversion Mode ：这个默认即可。
Injected Rank ：这个就是注入序列，一旦ADC开始注入转换，就会按照Rank1-2-3-4的顺序依次进行采样，每个rank只能选择一个对应的通道，一个通道可以被多个rank选择。而在本例中，一旦定时器1通道4的pwm产生下降沿，ADC1就会对通道0进行一次采样，然后对通道1采样，最后对通道2采样。三个序列采样完成后，注入组会停下来等待下一个下降沿来临。
Sampling Time ：采样时间，因为foc电流采样是一个分秒必争的过程，所以采样时间尽可能的要短，这里选择3周期，最大也不要大于15周期。
Injected Offset ：默认即可。

4、生成工程

生成工程后，在main函数的这个地方添加如下代码：

	HAL_ADCEx_InjectedStart(&hadc1);
	__HAL_ADC_ENABLE_IT(&hadc1, ADC_IT_JEOC);
	
	HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_4);
    
    HAL_TIMEx_OCN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_TIMEx_OCN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
    HAL_TIMEx_OCN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);
	
	__HAL_TIM_ENABLE_IT(&htim1, TIM_IT_UPDATE);

然后编译，点击仿真按钮，下载并仿真。再打开ADC1的相关寄存器：

我们发现注入组相关的几个数据寄存器都为0，是不是没有开启转换？

没错是的。大家还记得之前提到的通道四pwm的下降沿吗？我们现在定时器1的CCR4的值为0，也就是它一直都在输出低电平，自然就没有下降沿，没有下降沿ADC也不会被触发。于是我们现在给定时器1的CCR4寄存器随便赋个值（1-3499的任意值），然后再看ADC1的这几个寄存器：

可以看到，它们已经有数值了，而且不断地在跳动、更新。如果我们将这个通道连接到3.3V，数据会变成4095左右；连接到地，数值会变成0左右。到了这里，我们的ADC可以说已经配置成功了。

三、调试

前文虽然调通了ADC注入组触发采样，但还不能直接应用于低侧采样，因为还有一个重要的东西没讲，那就是触发位置。触发位置的设置是触发采样的灵魂所在，触发位置设置的不对，触发采跟无脑采也就没什么两样了。

1、什么是触发位置

前文铺垫的已经够多了，现在便让各位直观地感受一下什么叫触发位置。

我们使用逻辑分析仪连接单片机的三个IO口，连接关系如下：

通道0 -> 定时器1中断函数中翻转IO
通道1 -> 定时器1的pwm通道1（非互补通道）
通道2 -> 定时器1的pwm通道4
通道3 -> ADC1中断函数中翻转IO

然后我们将pwm通道1的占空比设为25％，pwm通道4的占空比设为50％，测一组波形：

通过通道1（蓝色）的波形，我们可以看到此时定时器1的通道1输出的pwm的频率为24KHz左右，占空比为百分之25左右，与我们的设置相符。

通道2（绿色）的波形则是定时器1的通道4输出的pwm，我们可以发现在它的下降沿后的一段时间，通道3（黄色）产生了一个脉冲，也就是进入了ADC注入中断，这代表着ADC已经完成了一组采样。而这段延时，由ADC采集三个通道的采样时间和响应中断的延时组成，而ADC单次采样时间我们可以从手册中找到。

通道0（紫色）的波形反映了定时器1进入中断的频率，我们可以发现这个频率是48KHz，比pwm频率快一倍，这是为什么？因为我们用到了中心对齐模式，这个模式下定时器上溢和下溢都会进入一次中断（和中心对齐模式123没有关系）。如果我们希望进入中断的频率和pwm同频，我们就需要给重复计数寄存器RCR赋值，值为1即同频。（但要注意，定时器是上溢进入中断还是下溢进入中断可能会不确定，与我们写入RCR寄存器的时机有关系）

2、低采的触发位置

低采是触发位置是在ABC三相pwm同时处于低电平的时刻，也就是定时器三个通道（正常通道不是互补通道）输出的pwm同时处于低电平的时刻。

那么什么时候会出现三个pwm同时为低电平？

如图所示，中间蓝色竖线的地方就是三相都为低电平的地方（前提是三相占空比都小于100％）。三相中占空比最大的相的低电平时间，就是留给我们ADC采样的时间。如果某一相的占空比过大，留给我们的时间已经小于采样时间了，那ADC可能会无法采样到电流，或者在mos开启关闭的附近时间采样，这个时候会采到非常严重的尖峰，此时电流采样已经无法正常进行。因此，低采需要限制最大占空比。

那么低采的触发位置设置在什么地方比较合理？我们再看上图，假如定时器通道1（蓝色波形）是三相中占空比最大的那个，那么我们的采样位置可以放在它下降沿处靠右一点的位置，就比如图中的绿色波形。

那么，在我们前面配置都一样的前提下，CCR4寄存器的值设为多少合适？因为我们的装载值是3500，如果我们设为3500，通道四就会一直处于高电平，没有下降沿也就无法触发ADC。因此我们可以设置成比3500小一点的数，比如3450，但前提是三相最大的装载值不会超过3400左右。不过这里只是打个比方，具体还是要根据自己手上的硬件去细调。

问题解答：

1、为什么一定要用注入组，用规则组加触发行不行？

这样也是可以的，关键在于触发而非规则还是注入。不过规则组仅有一个数据寄存器，因此多通道采集还需要DMA的配合。而注入组的四个通道都有独立的数据寄存器，要用的时候直接从寄存器里面取即可。同时，注入组可以打断规则组，因此可以配置规则组进行一些温度采样，注入组进行电流采样，合理分配。所以，在ADC支持注入组的情况下，强烈建议使用注入组进行电流采样。

2、可不可以多个ADC使用同一个触发源？

可以，而且更加合理。虽然我们的ADC采样时间很短（3个通道加起来可能不过5us，不过前提是采样周期为3周期），但是占空比高的时候留给我们采样的时间也很短。如果使用3个ADC同时触发，可以一次采样时间采完三相电流。而且，虽然连续采样的间隔很短，但仍然是有时间差的，这样我们采集到的三相电流就不是同一时刻的，这一点在追求细节的时候是不可忽视的。