电机驱动开发学习21. R3_2 双相扇区电流采样与第三相重构

电机驱动开发学习21. R3_2 双相扇区电流采样与第三相重构

• 一、本章在系列中的位置
• • [1.1 与前面章节的衔接](#1.1 与前面章节的衔接)
  • [1.2 本章目标](#1.2 本章目标)
  • [1.3 本章新增知识点](#1.3 本章新增知识点)
• [二、为什么固定 U+V 不够](#二、为什么固定 U+V 不够)
• • [2.1 三电阻采样的物理约束](#2.1 三电阻采样的物理约束)
  • [2.2 空间矢量扇区与最佳采样相的数学关系](#2.2 空间矢量扇区与最佳采样相的数学关系)
  • [2.3 本课与官方硬件使用差异](#2.3 本课与官方硬件使用差异)
  • [2.4 ADC「注入转换」解释](#2.4 ADC「注入转换」解释)
  • • [2.4.1 和「普通（规则）转换」差在哪](#2.4.1 和「普通（规则）转换」差在哪)
    • [2.4.2 本课具体怎么「注入」](#2.4.2 本课具体怎么「注入」)
    • • JSQR：注入序列配置寄存器（采谁、采几路）
      • JEOS：注入序列结束（两相都采完了）
    • [2.4.3 为什么 FOC 必须用注入，而不是主循环里 `HAL_ADC_Start`](#2.4.3 为什么 FOC 必须用注入，而不是主循环里 HAL_ADC_Start)
    • [2.4.4 「注入连采两相」和官方「双 ADC 同时注入」](#2.4.4 「注入连采两相」和官方「双 ADC 同时注入」)
    • [2.4.5 注入配置源码（本课实现）](#2.4.5 注入配置源码（本课实现）)
    • • [（1）TIM1_CH4：在 PWM 中点打出触发](#（1）TIM1_CH4：在 PWM 中点打出触发)
      • [（2）ADC1 本体初始化 + 默认注入对](#（2）ADC1 本体初始化 + 默认注入对)
      • （3）注入通道表：`adc_inj_program_pair()`（核心）
• [三、扇区 ↔ 采样相对照表](#三、扇区 ↔ 采样相对照表)
• • [3.1 三相电流重构公式矩阵](#3.1 三相电流重构公式矩阵)
  • [3.2 极性修正与硬件偏置推导](#3.2 极性修正与硬件偏置推导)
• 四、程序设计（本章代码实现详解）
• • [4.1 目录与变更焦点](#4.1 目录与变更焦点)
  • [4.2 模式宏 `FOC_ADC_SAMPLE_MODE`](#4.2 模式宏 FOC_ADC_SAMPLE_MODE)
  • [4.3 扇区 → 采样对：`adc_sector_to_pair()`](#4.3 扇区 → 采样对：adc_sector_to_pair())
  • [4.4 运行中改注入通道：`adc_inj_program_pair()`](#4.4 运行中改注入通道：adc_inj_program_pair())
  • [4.5 扇区下发：`adc_curr_set_sector()`](#4.5 扇区下发：adc_curr_set_sector())
  • • [本拍 / 下一拍为何要分开？](#本拍 / 下一拍为何要分开？)
  • [4.6 JEOS 回调：取数 + 重构 + 进电流环](#4.6 JEOS 回调：取数 + 重构 + 进电流环)
  • [4.7 三相 Offset 校准](#4.7 三相 Offset 校准)
  • [4.8 与电流环、启动的衔接](#4.8 与电流环、启动的衔接)
  • [4.9 关键 API 一览](#4.9 关键 API 一览)
  • [4.10 FreeMASTER / 串口建议观察量](#4.10 FreeMASTER / 串口建议观察量)
• 五、实验步骤
• • [5.1 回归（MODE=0）](#5.1 回归（MODE=0）)
  • [5.2 扇区采样（MODE=1，默认）](#5.2 扇区采样（MODE=1，默认）)
• 六、小结与下一章

一、本章在系列中的位置

1.1 与前面章节的衔接

章节	已掌握	本章如何用到
6 三相电流采集	分流电阻、运放偏置、过流	升级为与 SVPWM 扇区同步 的双相注入采样
16~17 电流/速度环	Id/Iq、速度 PI	反馈电流质量直接决定环路可信度
18~20 SVPWM + 官方 Hall FOC	官方 PWMC_SetPhaseVoltage、Charge→Offset→Run、ISR 电流环	基座保留 ；把 lesson20「固定采 U+V」升级为官方 R3_2 扇区双相

lesson20 证明「约定对齐就能转」；

lesson21 证明「高调制下电流仍然采得对」------对照 ST r3_2_f4xx_pwm_curr_fdbk。

1.2 本章目标

在 lesson20 闭环工程 上，完成电流采样链路升级：

SVPWM 扇区 → 选择本拍可采的两相 → ADC1 注入采这两相
         → I = Offset − ADC → 第三相 I₃ = −I₁ − I₂ → Clark/Park

#	目标	工程落点
1	扇区感知采样	adc_curr_set_sector() 按扇区改注入通道
2	第三相基尔霍夫重构	JEOS 回调里 I₃ = −I₁ − I₂
3	极性 Offset−ADC	adc_raw_to_ma()，与 L20 / 官方一致
4	采样模式可切换	FOC_ADC_SAMPLE_MODE：0=固定 UV，1=扇区双相
5	高调制仍可读流	某相占空比贴边时改采另外两相
6	闭环不回退	Charge→Offset→Run、官方 SVPWM、霍尔 θ 与 Lesson20 同级

排线仍用 无刷电机驱动接口 1 。三相分流在 ADC1：PA3/PA4/PA6；ADC2 轮询母线/温度。

1.3 本章新增知识点

#	新知识点	lesson20	本课
1	为何不能永远采同一对相	固定 U+V	按扇区换 UV / VW / WU
2	R3_2 GetPhaseCurrents 扇区表	仅 W=-U-V	扇区 1~6 → (采哪两相, 谁重构)
3	运行中改注入通道	上电配一次	adc_inj_program_pair() 改 JSQR（注入通道表，见 §2.4）
4	本拍 / 下一拍扇区分离	---	s_samp_sector / s_prog_sector
5	三相 Offset	W 用 UV 均值近似	U/V 校准；W 占位后运行中精修

官方对照：MCLib/F4xx/Src/r3_2_f4xx_pwm_curr_fdbk.c → R3_2_GetPhaseCurrents。

---

二、为什么固定 U+V 不够

2.1 三电阻采样的物理约束

在三相逆变器中，电流运放的输入端并联在下桥臂 MOS 管的低侧分流电阻 (Shunt Resistor) 两端。只有当下桥臂开关管导通（即上桥臂关闭）时，相电流才会流过分流电阻。即下桥分流电阻上的电流，只有在 该相低边导通足够长 时才可靠。SVPWM 某扇区内总有一相占空比很高（低边时间短）------若仍去采这一相，ADC 采到的接近偏置，电流环会以为 Iq≈0 。

在一个完整的 PWM 周期内，从下桥臂开启到 ADC 能够稳定采样，必须满足以下时间窗口约束：

T l o w ≥ T m i n = T d e a d + T n o i s e + T s e t t l i n g + T s a m p l e T_{\mathrm{low}} \ge T_{\mathrm{min}} = T_{\mathrm{dead}} + T_{\mathrm{noise}} + T_{\mathrm{settling}} + T_{\mathrm{sample}} Tlow≥Tmin=Tdead+Tnoise+Tsettling+Tsample

其中：

• T d e a d T_{\mathrm{dead}} Tdead: 互补 PWM 的死区时间；
• T n o i s e T_{\mathrm{noise}} Tnoise: 功率管开关动作引起的接地弹跳 (Ground Bounce) 与振铃持续时间；
• T s e t t l i n g T_{\mathrm{settling}} Tsettling: 运放响应及输出电压建立时间；
• T s a m p l e T_{\mathrm{sample}} Tsample: ADC 内部采样保持回路所需的最短时间 (Sample Window)。

当 SVPWM 输出高调制比（如电机高速运行或重载需要高输出电压）时，最大占空比相的上桥臂导通时间接近 100%。这意味着其下桥臂导通时间 T l o w < T m i n T_{\mathrm{low}} < T_{\mathrm{min}} Tlow<Tmin。

如果此时强行在 PWM 中点对该相进行 ADC 采样，ADC 实际采到的将是开关噪声发生期的无效电压，导致测得电流大幅偏离真实值（表现为 ADC 读数偏向偏置电压，系统误以为电流为 0）。这会在控制上引发致命的 I q I_q Iq 电流塌陷，导致电机产生剧烈震动甚至触发过流保护。

2.2 空间矢量扇区与最佳采样相的数学关系

SVPWM 将一个电角度周期分为 6 个扇区。在任意一个扇区中，三相上桥臂的比较值（ T u , T v , T w T_u, T_v, T_w Tu,Tv,Tw）存在明确的大小顺序。根据矢量合成原理：

• 比较值最大的一相：上桥臂导通时间最长 → \to → 下桥臂导通时间最短（不满足 T m i n T_{\mathrm{min}} Tmin，不可采）；
• 比较值较小和最小的两相：下桥臂导通时间最充足 → \to → 可可靠采样。

例如，在 扇区 1 中，基本矢量由 V 1 ( 100 ) \mathbf{V}_1(100) V1(100) 和 V 2 ( 110 ) \mathbf{V}_2(110) V2(110) 合成：

• 占空比顺序为： T u > T v > T w T_u > T_v > T_w Tu>Tv>Tw；
• 下桥臂导通时间顺序为： T l o w , W > T l o w , V > T l o w , U T_{\mathrm{low}, W} > T_{\mathrm{low}, V} > T_{\mathrm{low}, U} Tlow,W>Tlow,V>Tlow,U；
• 因此，在扇区 1 中，V 相和 W 相 的下桥臂导通时间最长，是最佳采样对象；U 相电流则通过基尔霍夫定律 I U = − I V − I W I_U = -I_V - I_W IU=−IV−IW 重构。

2.3 本课与官方硬件使用差异

项	官方典型 R3_2	骄阳接口 1 + 本课
电流 ADC	ADC1 + ADC2 同时各采一相	仅 ADC1 注入连采两相（µs 级间隔）
ADC2	参与电流	母线 PB0 + 温度 PB1 软件轮询
通道切换	ADCConfig1/2[sector]	运行中改 ADC1 注入 rank 通道

算法与扇区表对齐官方；「双 ADC 真正同时采样」为进阶选做。

2.4 ADC「注入转换」解释

注入 （Injected Conversion），是 STM32 ADC 的一种工作模式，

它是：用定时器硬件触发，在指定时刻插队采集若干通道，专门给 FOC 这种「必须和 PWM 对齐」的场景用。

2.4.1 和「普通（规则）转换」差在哪

	规则组 Regular	注入组 Injected
典型用途	温度、母线、慢变化量	相电流（要跟 PWM）
谁启动	软件 Start、DMA 连续扫	定时器边沿（本课 TIM1_CH4）
优先级	较低	更高：可打断正在进行的规则转换
结果存放	普通数据寄存器 / DMA 缓冲	注入数据寄存器（本课 Rank1、Rank2 各一路）
本课用法	ADC2 轮询 Vbus / 温度	ADC1 采两相电流

可以记：规则组 = 后台慢慢采；注入组 = PWM 打个响指，立刻采当前该采的相。

lesson6 早期三相电流多用连续/扫描思路；从 lesson20/21 的 FOC 起，相电流改为 注入 + TIM1_CC4 中心触发，才能保证采样落在下桥臂导通窗口内。

2.4.2 本课具体怎么「注入」

TIM1 中心对齐 PWM
    │
    │  计数到中点附近 → CH4 比较匹配（CCR4）
    ▼
硬件触发 ADC1 注入序列（无需 CPU 去「现在采一下」）
    │
    ├─ Injected Rank1 → 本拍采样对的第一相（如 U 或 V 或 W）
    └─ Injected Rank2 → 第二相（µs 级后完成）
    │
    ▼
JEOS（注入序列结束）中断
    → 读两路 raw → Offset−ADC → 重构第三相 → 电流环

对应代码概念（展开见下两小节）：

名词	本课含义
JSQR	注入序列寄存器：规定 Rank1/Rank2 采哪路通道、采几路
adc_inj_program_pair()	按 UV/VW/WU 改写 JSQR（运行中可改）
pair=0/1/2	当前注入的是哪一对相（JSQR 内容的软件镜像）
JEOS	注入序列全部采完产生的结束标志/中断
JEOS 回调	HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback：读数 + 重构 + 电流环入口

JSQR：注入序列配置寄存器（采谁、采几路）

JSQR = J njected S equence Register（注入序列寄存器）。

可以把它理解成 ADC 注入组的一份 点菜菜单：

菜单项	本课配置	说明
一顿采几道菜	InjectedNbrOfConversion = 2	Rank1 + Rank2 共两相
第一道 / 第二道	Rank1 / Rank2 的 InjectedChannel	如 UV / VW / WU
谁喊上菜	ExternalTrigInjecConv = T1_CC4	TIM1 中点触发（写在注入配置里，与 JSQR 一起生效）

HAL 里不直接写 ADC1->JSQR = ...，而是：

HAL_ADCEx_InjectedConfigChannel(&ADC_Handle, &adc_inj);
/* 内部把 InjectedChannel / Rank / NbrOfConversion 等写入 JSQR 等寄存器 */

因此文中说「改 JSQR」「运行中改注入通道」，就是指 adc_inj_program_pair() 按扇区换菜单上的两道菜；触发源一般不变，仍是 TIM1_CC4。

和规则组对比：规则组有 SQR （Regular Sequence Register）；注入组对应的是 JSQR 。名字差一个 J（Injected）。

JEOS：注入序列结束（两相都采完了）

JEOS = J njected E nd o f Sequence（注入序列结束）。

含义：

1. TIM1_CC4 触发后，ADC 按 JSQR 先采 Rank1，再采 Rank2；
2. 两路都结束后，硬件置位注入序列结束标志（文档/参考手册里的 JEOS）；
3. 若已 InjectedStart_IT，则进 ADC 中断；HAL 映射为：

void HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{
  /* 本课：读 Rank1/Rank2 → Offset−ADC → 第三相重构 → dq_current_loop_hf() */
}

缩写	全称（常见说法）	一句话
JSQR	Injected Sequence Register	采之前的配置：采谁、采几路
JEOS	Injected End of Sequence	采之后的事件：序列结束，可以读数了

时序关系：

写 JSQR（上电或扇区切换）
    → 等待 TIM1_CC4
    → Rank1 转换 → Rank2 转换
    → JEOS 置位 / 进回调
    → 软件读 JDR1、JDR2（HAL：InjectedGetValue Rank1/2）

注意：还有 JEOC （单次注入通道结束）。本课关心的是 整段序列结束 JEOS（两相都齐了再算电流），不要和「Rank1 刚采完」的中间状态混用。

2.4.3 为什么 FOC 必须用注入，而不是主循环里 HAL_ADC_Start

1. 时刻要对齐：采样必须落在 PWM 周期固定相位（本课在中点），主循环轮询相位漂移，电流会抖、环会乱。
2. 延迟要短 ：电流环在 ISR 里算，注入结束立刻进 dq_current_loop_hf()，不能等主循环碰巧跑到。
3. 可与扇区联动：下一拍换扇区时改注入通道，仍由同一 TIM1_CC4 触发，硬件节奏不变。

2.4.4 「注入连采两相」和官方「双 ADC 同时注入」

• 官方 ：ADC1、ADC2 各注入一相，同一触发沿几乎同时得到两相。
• 本课 ：只有 ADC1，Rank1 → Rank2 串行，两相相差约 1～2 µs（相对 15 kHz 的 PWM 周期可忽略，见 §2.3）。

所以文中写「ADC1 注入 连采两相」= 用注入模式、一次触发采两个 rank；不是「注入电流控制」那种电机术语。

2.4.5 注入配置源码（本课实现）

配置分三块：定时器给出触发沿 → ADC1 打开注入能力 → 写入 Rank1/Rank2 通道（可按扇区改）。

（1）TIM1_CH4：在 PWM 中点打出触发

bsp_motor_tim.c 里 CH1～CH3 出 SVPWM，CH4 专用作 ADC 触发（不驱动功率管）：

/* CH4：PWM2 模式，Pulse = ARR/2 附近 → 中心对齐计数到中点时产生比较匹配 */
tim_oc_init.OCMode = TIM_OCMODE_PWM2;
tim_oc_init.Pulse  = MOTOR_PWM_ADC_TRGO_PULSE;  /* ≈ MOTOR_PWM_PERIOD_COUNT/2 - 1 */
HAL_TIM_PWM_ConfigChannel(&motor_htimx_bldcm, &tim_oc_init, TIM_CHANNEL_4);
/* ... */
HAL_TIM_PWM_Start(&motor_htimx_bldcm, TIM_CHANNEL_4);  /* 必须启动，ADC 才有触发沿 */

宏定义（bsp_motor_tim.h）：

#define MOTOR_PWM_ADC_TRGO_PULSE  ((MOTOR_PWM_PERIOD_COUNT / 2U) - 1U)

（2）ADC1 本体初始化 + 默认注入对

规则组触发关掉（电流不走软件 Start）；扫描使能以便注入多 rank；最后挂上默认 UV 并开 JEOS 中断：

/* bsp_adc.c → adc1_inj_init() */
static void adc1_inj_init(void)
{
  CURR_ADC_CLK_ENABLE();

  ADC_Handle.Instance                   = CURR_ADC;              /* ADC1 */
  ADC_Handle.Init.ClockPrescaler        = ADC_CLOCKPRESCALER_PCLK_DIV4;
  ADC_Handle.Init.Resolution            = ADC_RESOLUTION_12B;
  ADC_Handle.Init.ScanConvMode          = ENABLE;               /* 多注入 rank 需要 */
  ADC_Handle.Init.ContinuousConvMode    = DISABLE;              /* 一拍触发采一次，不连扫 */
  ADC_Handle.Init.ExternalTrigConvEdge  = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;
  ADC_Handle.Init.ExternalTrigConv      = ADC_SOFTWARE_START;   /* 规则组不用硬件触发 */
  ADC_Handle.Init.NbrOfConversion       = 1;
  ADC_Handle.Init.DMAContinuousRequests = DISABLE;
  HAL_ADC_Init(&ADC_Handle);

  adc_inj_channels_config(&ADC_Handle);   /* 内部即 adc_inj_program_pair(0) → 默认 UV */

  HAL_NVIC_SetPriority(ADC_INJ_IRQ, 1, 0);  /* 高优先级，保证电流环节拍 */
  HAL_NVIC_EnableIRQ(ADC_INJ_IRQ);
}

/* ADC_Init() 末尾启动注入中断等待 TIM1_CC4 */
HAL_ADCEx_InjectedStart_IT(&ADC_Handle);

要点：

• Continuous = DISABLE ：每个 PWM 周期由 TIM1_CC4 触发一次注入序列，不是后台不停转。
• Scan = ENABLE：一次触发按 Rank1→Rank2 顺序采完。
• 规则组 ExternalTrig 关掉：电流路径只认注入触发。

（3）注入通道表：adc_inj_program_pair()（核心）

这里把「注入」落到寄存器：指定 触发源 = TIM1_CC4 上升沿，并配置两路 Rank：

/* bsp_adc.c → adc_inj_program_pair() */
static void adc_inj_program_pair(uint8_t pair)
{
  ADC_InjectionConfTypeDef adc_inj = {0};
  uint32_t ch1, ch2;

  if (pair == 1U) {          /* VW */
    ch1 = CURR_V_ADC_CHANNEL; ch2 = CURR_W_ADC_CHANNEL;
  } else if (pair == 2U) {   /* WU */
    ch1 = CURR_W_ADC_CHANNEL; ch2 = CURR_U_ADC_CHANNEL;
  } else {                   /* UV，默认 */
    ch1 = CURR_U_ADC_CHANNEL; ch2 = CURR_V_ADC_CHANNEL;
    pair = 0U;
  }

  /* ------ Rank1：第一相 ------ */
  adc_inj.InjectedChannel               = ch1;
  adc_inj.InjectedRank                  = ADC_INJECTED_RANK_1;
  adc_inj.InjectedNbrOfConversion       = 2;          /* 一次触发采 2 路 */
  adc_inj.InjectedSamplingTime          = ADC_SAMPLETIME_15CYCLES;
  adc_inj.ExternalTrigInjecConvEdge     = ADC_EXTERNALTRIGINJECCONVEDGE_RISING;
  adc_inj.ExternalTrigInjecConv         = ADC_EXTERNALTRIGINJECCONV_T1_CC4; /* 与 CH4 对齐 */
  adc_inj.AutoInjectedConv              = DISABLE;
  adc_inj.InjectedDiscontinuousConvMode = DISABLE;
  adc_inj.InjectedOffset                = 0;          /* 零偏在软件里减，不用硬件 Offset */
  HAL_ADCEx_InjectedConfigChannel(&ADC_Handle, &adc_inj);

  /* ------ Rank2：第二相（触发/采样时间等沿用上面配置）------ */
  adc_inj.InjectedChannel = ch2;
  adc_inj.InjectedRank    = ADC_INJECTED_RANK_2;
  HAL_ADCEx_InjectedConfigChannel(&ADC_Handle, &adc_inj);

  s_inj_pair = pair;   /* 供 JEOS 与 FreeMASTER g_fm_sample_pair 使用 */
}

字段对照（读代码时对着看）：

配置项	本课取值	作用
ExternalTrigInjecConv	T1_CC4	谁触发注入
ExternalTrigInjecConvEdge	Rising	用比较匹配上升沿
InjectedNbrOfConversion	2	一拍采两相
InjectedRank 1 / 2	两相通道	结果进两个注入数据寄存器
InjectedSamplingTime	15 cycles	建立时间，与 ADC 时钟一起决定单次耗时
InjectedOffset	0	偏置在软件 Offset−ADC 做

扇区变化时只改通道、不改触发源：

/* MODE=1：扇区跨采样对才重配，避免每拍狂写 ADC */
pair = adc_sector_to_pair(sector_1_to_6);
if (pair != s_inj_pair)
  adc_inj_program_pair(pair);

两路采完后的读数入口（与配置成对出现）：

/* HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback */
raw1 = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(hadc, ADC_INJECTED_RANK_1);
raw2 = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(hadc, ADC_INJECTED_RANK_2);
/* 再按 s_inj_pair 做 Offset−ADC + 第三相重构 */

完整文件：User/adc/bsp_adc.c（adc1_inj_init / adc_inj_program_pair）、User/tim/bsp_motor_tim.c（TIM1_CH4）。

---

三、扇区 ↔ 采样相对照表

3.1 三相电流重构公式矩阵

与官方 R3_2_GetPhaseCurrents 一致（扇区号 1~6）：

SVPWM 扇区	实测两相	注入 pair 编码	重构
4, 5	Ia, Ib（U, V）	0 = UV	Ic = −Ia − Ib
6, 1	Ib, Ic（V, W）	1 = VW	Ia = −Ib − Ic
2, 3	Ia, Ic（U, W）	2 = WU	Ib = −Ia − Ic

极性一律：

I p h a s e = O f f s e t p h a s e − A D C r a w \] \[I_{\\mathrm{phase}} = \\mathrm{Offset}_{\\mathrm{phase}} - \\mathrm{ADC}_{\\mathrm{raw}}\] \[Iphase=Offsetphase−ADCraw

3.2 极性修正与硬件偏置推导

由于运放电路采用下桥臂差分/单端偏置放大结构（偏置点通常设为 V r e f / 2 ≈ 1.65 V V_{\mathrm{ref}}/2 \approx 1.65\mathrm{V} Vref/2≈1.65V）：

• 当相电流为零时， V a d c = V o f f s e t V_{\mathrm{adc}} = V_{\mathrm{offset}} Vadc=Voffset；
• 当流向电机绕组的相电流为正（上桥导通，低边流出）时，分流电阻上的采样电压降下降，运放输出下降： V a d c < V o f f s e t V_{\mathrm{adc}} < V_{\mathrm{offset}} Vadc<Voffset；
• 当相电流为负时，运放输出上升： V a d c > V o f f s e t V_{\mathrm{adc}} > V_{\mathrm{offset}} Vadc>Voffset。

因此，真实物理相电流计算公式严格定义为： I p h a s e = ( O f f s e t p h a s e − A D C r a w _ p h a s e ) × K a m p I_{\mathrm{phase}} = \left( \mathrm{Offset}{\mathrm{phase}} - \mathrm{ADC}{\mathrm{raw\phase}} \right) \times K{\mathrm{amp}} Iphase=(Offsetphase−ADCraw_phase)×Kamp

---

四、程序设计（本章代码实现详解）

4.1 目录与变更焦点

User/
├── foc/
│   └── bsp_motor_params.h   ★ FOC_ADC_SAMPLE_MODE 开关
├── adc/
│   ├── bsp_adc.h            ★ 扇区 API / 调试读数声明
│   └── bsp_adc.c            ★ 本章主要位置：扇区表、改 JSQR、JEOS 重构
├── foc/bsp_foc_boot.c       启动 SVPWM 后调用 adc_curr_set_sector
├── pid/bsp_pid_app.c        Run 态 dq_apply_svpwm_output 同调扇区
└── foc/bsp_svpwm.c          输出 Sector(1~6)，算法与 上一课 相同

控制链路：
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.edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM p{margin:0;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .label{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;color:#333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .cluster-label text{fill:#333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .cluster-label span{color:#333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .cluster-label span p{background-color:transparent;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .label text,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM span{fill:#333;color:#333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .node rect,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .node circle,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .node ellipse,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .node polygon,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .node path{fill:#ECECFF;stroke:#9370DB;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .rough-node .label text,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .node .label text,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .image-shape .label,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .icon-shape .label{text-anchor:middle;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .node .katex path{fill:#000;stroke:#000;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .rough-node .label,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .node .label,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .image-shape .label,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .icon-shape .label{text-align:center;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .node.clickable{cursor:pointer;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .root .anchor path{fill:#333333!important;stroke-width:0;stroke:#333333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .arrowheadPath{fill:#333333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .edgePath .path{stroke:#333333;stroke-width:2.0px;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .flowchart-link{stroke:#333333;fill:none;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .edgeLabel{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .edgeLabel p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .edgeLabel rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .labelBkg{background-color:rgba(232, 232, 232, 0.5);}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .cluster rect{fill:#ffffde;stroke:#aaaa33;stroke-width:1px;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .cluster text{fill:#333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .cluster span{color:#333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM div.mermaidTooltip{position:absolute;text-align:center;max-width:200px;padding:2px;font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:12px;background:hsl(80, 100%, 96.2745098039%);border:1px solid #aaaa33;border-radius:2px;pointer-events:none;z-index:100;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .flowchartTitleText{text-anchor:middle;font-size:18px;fill:#333;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM rect.text{fill:none;stroke-width:0;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .icon-shape,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .image-shape{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);text-align:center;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .icon-shape p,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .image-shape p{background-color:rgba(232,232,232, 0.8);padding:2px;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .icon-shape .label rect,#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .image-shape .label rect{opacity:0.5;background-color:rgba(232,232,232, 0.8);fill:rgba(232,232,232, 0.8);}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .label-icon{display:inline-block;height:1em;overflow:visible;vertical-align:-0.125em;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .node .label-icon path{fill:currentColor;stroke:revert;stroke-width:revert;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .stage>*{fill:#f0f4f8!important;stroke:#94a3b8!important;stroke-width:1px!important;color:#1e293b!important;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .stage span{fill:#f0f4f8!important;stroke:#94a3b8!important;stroke-width:1px!important;color:#1e293b!important;}#mermaid-svg-dSImywUzmDO6hpNM .stage tspan{fill:#1e293b!important;} ④ 中断处理 和 算法
③ 硬件触发 和 采样
② ADC 通道配置
① SVPWM 扇区计算
svpwm_calc

→ Sector
adc_curr_set_sector
adc_inj_program_pair

改下一拍通道
TIM1_CC4 触发
ADC1 注入 Rank1/2
InjectedConvCpltCallback
I = Offset − ADC
第三相重构
dq_current_loop_hf

4.2 模式宏 FOC_ADC_SAMPLE_MODE

定义于 bsp_motor_params.h，默认 = 1（本章主路径）：

/* 0 = 固定 U+V，W=-U-V（lesson20 回归）
 * 1 = 按扇区切换注入双相 + 第三相重构（本章） */
#ifndef FOC_ADC_SAMPLE_MODE
#define FOC_ADC_SAMPLE_MODE                 1
#endif

取值	adc_curr_set_sector	JEOS 取数
0	直接 return，不改通道	强制 pair=0（UV），W=-U-V
1	扇区→pair，变化时 adc_inj_program_pair	按 s_inj_pair 分支重构

调试建议：先 MODE=0 确认能按 L20 转；再切 MODE=1 对比高调制时 g_fm_iq_actual。

4.3 扇区 → 采样对：adc_sector_to_pair()

/* 4/5→UV(0)，6/1→VW(1)，2/3→WU(2) */
static uint8_t adc_sector_to_pair(uint8_t sector_1_to_6)
{
  switch (sector_1_to_6)
  {
    case 6U:
    case 1U: return 1U; /* V+W */
    case 2U:
    case 3U: return 2U; /* W+U */
    case 4U:
    case 5U:
    default: return 0U; /* U+V */
  }
}

与 第三章 表格一一对应。

4.4 运行中改注入通道：adc_inj_program_pair()

运行中改的是 下一拍两个模拟通道，触发仍固定为 TIM1_CC4。

ADC1 配置为 2 路注入 ，触发源 TIM1_CC4 上升沿（PWM 周期中点附近）：

pair	Rank1 通道	Rank2 通道	引脚
0 UV	CH3 (U)	CH4 (V)	PA3 / PA4
1 VW	CH4 (V)	CH6 (W)	PA4 / PA6
2 WU	CH6 (W)	CH3 (U)	PA6 / PA3

核心动作：对注入 rank 调用 HAL_ADCEx_InjectedConfigChannel，更新 s_inj_pair。

上电默认 adc_inj_program_pair(0)（UV），与官方校准常用 SECTOR_4 一致。

4.5 扇区下发：adc_curr_set_sector()

void adc_curr_set_sector(uint8_t sector_1_to_6)
{
  s_prog_sector = sector_1_to_6;   /* 记下「下一拍」扇区 */

#if (FOC_ADC_SAMPLE_MODE == 0)
  return;                          /* L20：永不改通道 */
#else
  pair = adc_sector_to_pair(sector_1_to_6);
  if (pair != s_inj_pair)          /* 仅在采样对变化时改 JSQR，减寄存器抖动 */
    adc_inj_program_pair(pair);
#endif
}

调用点（SVPWM 写 CCR 之后立刻更新采样意图）：

1. bsp_pid_app.c → dq_apply_svpwm_output()：正常双环 Run
2. bsp_foc_boot.c → 启动阶段开环 SVPWM

g_fm_svpwm_sector = (float)svpwm.Sector;
adc_curr_set_sector(svpwm.Sector);

本拍 / 下一拍为何要分开？

变量	含义
s_prog_sector	SVPWM 刚算完 的扇区 → 配置 下一拍 注入通道
s_samp_sector	JEOS 时刻锁存：s_samp_sector = s_prog_sector，表示 本拍数据 对应的扇区

避免「本拍还在采旧通道，却用新扇区公式解算」的错位。调试可读：

• adc_curr_get_sample_sector() → s_samp_sector
• adc_curr_get_sample_pair() → 0/1/2

4.6 JEOS 回调：取数 + 重构 + 进电流环

HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback（ADC1）流程：

1. raw1 = Injected Rank1，raw2 = Rank2
2. s_samp_sector = s_prog_sector；pair = s_inj_pair（MODE=0 强制 0）
3. 按 pair 分支：
     pair0：Iu,Iv = f(raw)；Iw = −Iu−Iv
     pair1：Iv,Iw = f(raw)；Iu = −Iv−Iw
     pair2：Iw,Iu = f(raw)；Iv = −Iw−Iu
4. 校准未完成则 adc_cal_push；完成则 I = Offset − ADC
5. 若已校准且电流环使能且非 boot 阶段 → dq_current_loop_hf()

极性换算（与 lesson20 / 官方一致）：

/* I(mA) = counts_to_ma(Offset − raw) */
return adc_counts_to_ma((int32_t)cal->adc_offset - (int32_t)raw);

对外接口：adc_get_phase_currents_ma() / get_curr_val_u/v/w() 读 last_curr_*_ma。

4.7 三相 Offset 校准

阶段	行为
adc_curr_recalibrate()	清三相 cal；强制 pair=UV；扇区记为 4
稳定等待	ADC_CURR_CAL_SETTLE_MS（800 ms）内不累计
累计	每相至少 ADC_CURR_CAL_SAMPLES（64）次 raw 取均值 → adc_offset
W 占位	若 U/V 已完成而 W 尚未直接采到：Offset_W = (Offset_U+Offset_V)/2，标记 done；运行中采到 W 再精修

adc_curr_is_calibrated()：三相 cal_done 皆 1。

调试：adc_dbg_log_offsets() 打印 Offset / raw / mode / pair。

4.8 与电流环、启动的衔接

svpwm_calc dq_current_loop_hf JEOS 回调 ADC1 注入 TIM1 PWM+CC4 svpwm_calc dq_current_loop_hf JEOS 回调 ADC1 注入 TIM1 PWM+CC4 #mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;fill:#333;}@keyframes edge-animation-frame{from{stroke-dashoffset:0;}}@keyframes dash{to{stroke-dashoffset:0;}}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .edge-animation-slow{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 50s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .edge-animation-fast{stroke-dasharray:9,5!important;stroke-dashoffset:900;animation:dash 20s linear infinite;stroke-linecap:round;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .error-icon{fill:#552222;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .error-text{fill:#552222;stroke:#552222;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .edge-thickness-normal{stroke-width:1px;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .edge-thickness-thick{stroke-width:3.5px;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .edge-pattern-solid{stroke-dasharray:0;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .edge-thickness-invisible{stroke-width:0;fill:none;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .edge-pattern-dashed{stroke-dasharray:3;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .edge-pattern-dotted{stroke-dasharray:2;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .marker{fill:#333333;stroke:#333333;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .marker.cross{stroke:#333333;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq svg{font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;font-size:16px;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq p{margin:0;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .actor{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq text.actor>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .actor-line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .innerArc{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .messageLine0{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:none;stroke:#333;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .messageLine1{stroke-width:1.5;stroke-dasharray:2,2;stroke:#333;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq #arrowhead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .sequenceNumber{fill:white;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq #sequencenumber{fill:#333;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq #crosshead path{fill:#333;stroke:#333;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .messageText{fill:#333;stroke:none;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .labelBox{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .labelText,#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .labelText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .loopText,#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .loopText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .loopLine{stroke-width:2px;stroke-dasharray:2,2;stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .note{stroke:#aaaa33;fill:#fff5ad;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .noteText,#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .noteText>tspan{fill:black;stroke:none;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .activation0{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .activation1{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .activation2{fill:#f4f4f4;stroke:#666;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .actorPopupMenu{position:absolute;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .actorPopupMenuPanel{position:absolute;fill:#ECECFF;box-shadow:0px 8px 16px 0px rgba(0,0,0,0.2);filter:drop-shadow(3px 5px 2px rgb(0 0 0 / 0.4));}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .actor-man line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq .actor-man circle,#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq line{stroke:hsl(259.6261682243, 59.7765363128%, 87.9019607843%);fill:#ECECFF;stroke-width:2px;}#mermaid-svg-DZBvxkpGl1GNb3oq :root{--mermaid-font-family:"trebuchet ms",verdana,arial,sans-serif;} 下一拍按新扇区采 CC4 触发注入 Rank1/2 完成 Offset−ADC + 第三相重构 Clark/Park/PI/RevPark Vαβ → Sector + CCR adc_curr_set_sector(Sector)

• Charge / Offset：TIM1 必须继续跑，CC4 才能触发注入（与 L20 相同）。
• boot 阶段 ：foc_boot_is_active() 为真时 JEOS 不进 dq_current_loop_hf，避免启动矢量被闭环抢。
• Run ：校准完成 + dq_curr_is_enabled() → 每 PWM 周期一次电流环。

4.9 关键 API 一览

API	作用
adc_curr_set_sector(1~6)	按扇区配置下一拍采样对
adc_curr_get_sample_sector()	本拍扇区
adc_curr_get_sample_pair()	本拍 pair：0=UV 1=VW 2=WU
adc_get_phase_currents_ma()	读重构后三相 (mA)
adc_curr_recalibrate()	重做零偏（停转）
adc_dbg_log_offsets()	串口打印 Offset/raw/mode/pair
adc_dbg_get_last_raw_u/v/w()	FreeMASTER 可观察 raw

4.10 FreeMASTER / 串口建议观察量

变量	看什么
g_fm_svpwm_sector	1~6 是否连续循环
g_fm_iu_ma / iv / iw	重构后三相之和应接近 0
g_fm_iq_actual vs g_fm_target_iq	高调制下是否仍跟随
adc_curr_get_sample_pair()	扇区变化时是否真切到 0/1/2
θ 锯齿、RPM	与 L20 同级，确认闭环未回退

重点：θ 锯齿、RPM 跟速、Iq 跟随；三相电流看「和≈0」、加速时无大面积掉零。

g_fm_sample_pair: 本拍采哪两相（UV / VW / WU），在 0、1、2 之间反复切换，MODE=1 在按扇区换注入通道。

扇区	pair
4、5	0（UV）
6、1	1（VW）
2、3	2（WU）

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五、实验步骤

5.1 回归（MODE=0）

bsp_motor_params.h 设 FOC_ADC_SAMPLE_MODE=0，编译烧录：

s 0 → 等校准
r
t 500
w 1

现象应与 lesson20 同级：RPM 爬到目标，θ 连续。可用 adc_dbg_log_offsets() 确认 mode=0、pair=0。

5.2 扇区采样（MODE=1，默认）

1. 确认 FOC_ADC_SAMPLE_MODE=1 后编译烧录。
2. 同上启动；观察扇区变化时 pair 在 0/1/2 间切换，三相电流无异常跳变。
3. 提高目标转速或加载，对比 MODE=0：Iq 不应周期性塌到接近 0。
4. 停机：w 0 / s 0。

t 400 时曲线图（mode=1）：

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六、小结与下一章

本章把电流反馈从「能转的固定双相」推进到「按 SVPWM 扇区选窗的 R3_2 风格采样」：

1. FOC_ADC_SAMPLE_MODE 可在 L20 基线与扇区模式间切换；
2. adc_curr_set_sector → adc_inj_program_pair 在运行中改注入通道；
3. JEOS 按 pair 做 Offset−ADC 与第三相重构，再进 dq_current_loop_hf；
4. 本拍/下一拍扇区分离，避免通道与解算错位。

为后面更高调制、更重负载和无感打下采样基础。

实现检查清单：

• FOC_ADC_SAMPLE_MODE 文档化，默认可切到扇区模式
• adc_curr_set_sector() 按扇区配置下一拍采样相
• JEOS 回调按扇区取数 + 第三相重构
• U/V Offset 独立；W 占位后运行中补齐
• MODE=0 / MODE=1 实机均可稳定 t 500 / w 1

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