嵌入式开发--无刷电机FOC控制--用定时器事件驱动ADC采样

用定时器事件驱动ADC采样

FOC驱动无刷电机，需要在3路下桥导通时采样，即PWM波形的低电平中心点。

常规做法是定时器产生中断，在中断内开启ADC，然后退出中断，再响应ADC中断。一个控制周期需要2次进入中断。

本文的做法是配置好定时器和ADC，响应ADC中断。省掉进中断并开启ADC这个过程。只需要进一次中断。

事件驱动的优点：事件输出，和响应事件，都是硬件连接与驱动的，响应时间短，只需要一个时钟周期就可以开启ADC，不需要进中断，也就不占用MCU资源，高效。

驱动波形

在无刷电机的FOC开发时，需要中心对称的３路同步，或６路同步互补PWM波形来驱动３个半桥控制电机的运行。

3路PWM驱动时，是驱动上桥臂的，下桥臂的波形是由芯片内部的反相器生成的，如图就是上桥臂的驱动波形。

为什么要用中心对称的３路PWM波形？

起点对齐的３路波形的当然也可以使得电机转起来，但是在每个PWM周期起点的那个时刻，３路桥臂需要精确的从同时截止变为同时导通，而MOS管的一致性是达不到要求的，不可能3路同时开启，而是3路先后导通，所以电机的电流可能会有异常的毛刺，使得控制精度下降。

而中心对称的3路PWM波，在每次波形变化时，都只有一路发生跳变，也就不会产生异常的电流毛刺。控制精度更高。

相电流的ADC采样时刻

ADC采集相电流时，采样电阻通常接在下桥臂的。所以需要在下桥臂导通的中心点进行ADC采集相电流，也就是上图低电平的中点，即虚线时刻。

驱动方式比较

可以使用TIM1输出3路或6路PWM，中心对齐模式。

ADC采样时刻，可以用：

1 TIM1的比较中断或更新中断，在中断内启动ADC采样。

2 TIM1的事件输出，由事件驱动ADC进行采样。

方案1需要软件配合，进中断会有延迟。

方案2由芯片内部的硬件驱动，没有延迟，且不会增加MCU的负载，显然更优。

CubeMX配置

引脚配置

MCU选用STM32G431RBT6，定时器1的3个通道PC0，1，2用于3路PWM的输出。

第4个通道用于输出PWM比较的事件，驱动ADC采样，而不需要从引脚输出信号。所以设为No Output。

上图是实际工程使用。在测试中，为了方便观察波形，可以临时将通道4设置为PWM输出，即下图。这样做的结果是，既输出波形，也输出事件。

定时器设置

这部分是设置定时器周期的，主频170M，按图设置即PWM频率25K。向上计数到3400，到设定值后向下计数到0，即为一个定时器周期。

这里是设置输出比较事件，OC4REF，由于这个信号是触发信号，所以它是用翻转表示信号的状态。在一个周期内会输出2次翻转，一次是上升沿，一次下降沿。

在响应这个事件的时候，是可以选择边缘的，即上升沿或下降沿，或上升+下降。

在FOC控制中，ADC需要在下桥臂导通的中心点采样，所以在ADC设置中，根据需要响应其中一个边缘即可，重点：OC4REF

这里是设置通道1，2，3的PWM占空比，其中1700，2100，1900这几个值的改变，就可以改变每个通道的占空比，可以设置为0~3400，对应于0-100的占空比。

这里设置通道4，即比较通道事件的时刻。注意Pulse 3135这个值，在CubeMX生成的初始化代码中，是下面这一行，位于"adc.h"文件中。

c 复制代码

sConfigOC.Pulse = 3135;

调整这个值，就可以改变TIM1_CH4通道的宽度。全面会用到。

ADC设置

这里是ADC的基本设置，基础频率是170M，ADC频率设置为最快，12位分辨率，右对齐。需要采样３路相电流，所以需要选择队列模式依次采样（３路不能同时采样），在队列采样完成后，输出ADC中断。禁止规则模式，使用注入模式，这是由于注入模式的优先级更高，缓存寄存器更多，可以将每一路的数据存放在自己单独的寄存器中。而且注入模式可以打断规则模式，优先采样。所以相电流采样一般用注入模式，母线电压检测，和温度检测一般用规则模式。

我的配置中是将ADC1用注入模式做相电流采样，ADC2用规则模式做母线电压和温度检测。ADC2不是本文讨论重点，略过。

这里是注入模式下的设置，使用3个ADC通道，图中仅展示了1个通道，其他2个通道自行配置即可。

软件编写

软件中主要是使能定时器和ADC，以及中断。

c 复制代码

  //TIM1 6路驱动信号
  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_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
  HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_2);
  HAL_TIMEx_PWMN_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_3);

	//使能通道4的输出，用于测试，正式项目不用
  HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_4);
  
  //启动ADC的注入中断
  HAL_ADCEx_InjectedStart_IT(&hadc1);

软件使能定时器输出，和ADC注入中断，即可以观察相应的输出波形了。

c 复制代码

void ADC1_2_IRQHandler(void)
{
  /* USER CODE BEGIN ADC1_2_IRQn 0 */
  LED_B(1);
  /* USER CODE END ADC1_2_IRQn 0 */
  HAL_ADC_IRQHandler(&hadc1);
  HAL_ADC_IRQHandler(&hadc2);
  /* USER CODE BEGIN ADC1_2_IRQn 1 */
  LED_B(0);
  /* USER CODE END ADC1_2_IRQn 1 */
}

在ADC的中断内，添加输出电平控制以便观察ADC中断触发的时机，高电平表示ADC转换完成，并进中断的时刻。

波形分析

定时器1通道4的触发输出事件，是下降沿触发，也就是下图中红色箭头时刻点，位于定时器向上计数周期的末期。

ADC采样完成后会触发中断，在下图中是蓝箭头指示的时刻。

红蓝箭头中间的，就是ADC采样转换的时间，可以看到它位于3路PWM低电平的中心点。

最佳状态是：TIM1_CH4的上升沿，与ADC中断的上升沿重合。这样说明ADC采样期间就是TIM1_CH4的低电平期间，也就是3路PWM的低电平中心点，在时序上是非常精确的中心点。

如何用它们重合？

还记得前文提到的这一句吗？就是改变这个值。

c 复制代码

sConfigOC.Pulse = 3135;

在正式应用中，需要保留TIM1_CH4通道，关闭其输出，如下图