电机学习笔记 ADC dma 电流电压采集

分析

在电机驱动电路中串入一个 0.02Ω、2W 的采样电阻，将电流信号
转换成电压信号，再经过隔离运放放大 8 倍后差分输出，使用普通运放将差分输出转换成单端输
出给 STM32 的 ADC 采样通道。

从上图中我们可以知道是一个负反馈电路

反馈：将输出信号的一·部分或全部通过反馈网络引回到输入端的过程

反馈网络：一般是阻容元件

看是否存在反馈：结构，输入端与输出端有没有一个反馈网络就是有没有阻容元件连接

反馈的极性：采用瞬时极性法

负反馈对放大倍数起到了限制作用，也增大了放大电路的稳定性，

相同端子，极性相反所以是负反馈

那么根据虚短和虚断可以知道 Up=Un，p 点和 n 点
没有电流到运放的 5 脚和 6 脚，可以得：

R61 与后面的电容组成 RC 滤波电路，R61 上流过的电流很小，压降也小，可以忽略不计，Vo
等于 Vcurrent_adc。

RC 滤波电路：低通滤波器

将（1）式和（2）式整理可得：

电压采样电路

电源电压采样电路，在电源电压上并联 R18 和 R19、R59 的串联电阻，R19
两端的电压作为隔离运放的输入，再经过隔离器件后差分输出，使用普通运放将差分输
出转换成单端输出，连接到 STM32 的 ADC 采样通道。隔离运放的输入电压为 Vi，则
有:Vi/R19=POWER/(R18+R59+R19)，带入电阻值可得：Vi=POWER/37，通过上一节中电流
采样电流的计算方法可以计算得到 POWER_ADC=POWER/37+1.24，不同的是，电压检测部
分的隔离器件是没有进行放大的

vi=POWER/37

ADC

ADC 的输入电压范围为： 0~3.3V

最大的时钟的和典形值，最大36Mhz，fpclk2=APB2

我们这里4分频，84/4 =21Mhz，这个是ADC的采样时钟

DMA Requests 一定要开启因为要使用DMA

这里选择左对齐，为了放在16位(半字)数据的高12位，满量程就是 FFF，数据左对齐后就是 FFF0

要选择软件触发

每个Rank

sampling Time（采样时间）
假如选择的是56周期

(56 + 12) * 21/1 = 3.23us 一次采样时间

这里是3个周期 3+12 =15

这里就是（3 + 12） * 21/1 =一次采样时间,采集5000的话就 * 一次采样时间

后开启DMA

流固定的，选择半字

ADC 为什么使用半字，因为ADC只用了16位

然后模式选择循环模式

代码生成


__IO uint16_t ADC_ConvertedValue;
static uint16_t adc_buff[ADC_NUM_MAX];    // 电压采集缓冲区
static uint16_t vbus_adc_mean = 0;        // 电源电压 ACD 采样结果平均值
static uint32_t adc_mean_sum = 0;        // 平均值累加
static uint32_t adc_mean_count = 0;      // 累加计数void MX_ADC1_Init(void)
{ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};/** Configure the global features of the ADC (Clock, Resolution, Data Alignment and number of conversion) */hadc1.Instance = ADC1;hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;hadc1.Init.ScanConvMode = ENABLE;hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_NONE;hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_LEFT;hadc1.Init.NbrOfConversion = 2;hadc1.Init.DMAContinuousRequests = ENABLE;hadc1.Init.EOCSelection = ADC_EOC_SINGLE_CONV;if (HAL_ADC_Init(&hadc1) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Configure for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time. */sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_9;sConfig.Rank = 1;sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}/** Configure for the selected ADC regular channel its corresponding rank in the sequencer and its sample time. */sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_8;sConfig.Rank = 2;if (HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig) != HAL_OK){Error_Handler();}}

要开ADC中断
DMA

void HAL_ADC_MspInit(ADC_HandleTypeDef* adcHandle)
{GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};if(adcHandle->Instance==ADC1){/* USER CODE BEGIN ADC1_MspInit 0 *//* USER CODE END ADC1_MspInit 0 *//* ADC1 clock enable */__HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();__HAL_RCC_GPIOB_CLK_ENABLE();/**ADC1 GPIO Configuration    PB0     ------> ADC1_IN8PB1     ------> ADC1_IN9 */GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0|GPIO_PIN_1;GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;HAL_GPIO_Init(GPIOB, &GPIO_InitStruct);/* ADC1 DMA Init *//* ADC1 Init */hdma_adc1.Instance = DMA2_Stream0;hdma_adc1.Init.Channel = DMA_CHANNEL_0;hdma_adc1.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;hdma_adc1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;hdma_adc1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;hdma_adc1.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;hdma_adc1.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;hdma_adc1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;hdma_adc1.Init.Priority = DMA_PRIORITY_MEDIUM;hdma_adc1.Init.FIFOMode = DMA_FIFOMODE_DISABLE;if (HAL_DMA_Init(&hdma_adc1) != HAL_OK){Error_Handler();}__HAL_LINKDMA(adcHandle,DMA_Handle,hdma_adc1);/* ADC1 interrupt Init */HAL_NVIC_SetPriority(ADC_IRQn, 0, 0);HAL_NVIC_EnableIRQ(ADC_IRQn);/* USER CODE BEGIN ADC1_MspInit 1 *//* USER CODE END ADC1_MspInit 1 */}
}

init后不要忘了要开启
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)&adc_buff, ADC_NUM_MAX);

#define ADC_NUM_MAX 2048 // ADC 转换结果缓冲区最大值
这里ADC_NUM_MAX 1024 + 1024 存放电流和电压

读电流和电压

后在ADC中断回调函数中写

void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc)
{uint32_t adc_mean = 0;HAL_ADC_Stop_DMA(hadc);       // 停止 ADC 采样，处理完一次数据在继续采样/* 计算电流通道采样的平均值 */for(uint32_t count = 0; count < ADC_NUM_MAX; count+=2){adc_mean += (uint32_t)adc_buff[count];}adc_mean_sum += adc_mean / (ADC_NUM_MAX / 2);    // 累加电压adc_mean_count++;#if 1adc_mean = 0;/* 计算电压通道采样的平均值 */for(uint32_t count = 1; count < ADC_NUM_MAX; count+=2){adc_mean += (uint32_t)adc_buff[count];}vbus_adc_mean = adc_mean / (ADC_NUM_MAX / 2);    // 保存平均值#elsevbus_adc_mean = adc_buff[1];
#endifHAL_ADC_Start_DMA(&hadc1, (uint32_t*)&adc_buff, ADC_NUM_MAX);    // 开始 ADC 采样
}

获取电流值

int32_t get_curr_val(void)
{static uint8_t flag = 0;static uint32_t adc_offset = 0;    // 偏置电压int16_t curr_adc_mean = 0;         // 电流 ACD 采样结果平均值curr_adc_mean = adc_mean_sum / adc_mean_count;    // 保存平均值adc_mean_count = 0;adc_mean_sum = 0;if (flag < 17){adc_offset = curr_adc_mean;    // 多次记录偏置电压，待系统稳定偏置电压才为有效值flag += 1;}if(curr_adc_mean>=adc_offset){curr_adc_mean -= adc_offset;                     // 减去偏置电压}else{curr_adc_mean=0;}float vdc = GET_ADC_VDC_VAL(curr_adc_mean);      // 获取电压值return GET_ADC_CURR_VAL(vdc);
}

#define VREF 3.3f // 参考电压，理论上是3.3，可通过实际测量得3.258
#define GET_ADC_VDC_VAL(val) ((float)val/(float)65536.0*VREF) // 得到电压值

#define GET_ADC_CURR_VAL(val) (((float)val)/(float)8.0/(float)0.02*(float)1000.0)
// 得到电流值，电压放大8倍，0.02是采样电阻，单位mA。

#define GET_VBUS_VAL(val) (((float)val-(float)1.24) * (float)37.0) // 电压最大值（测量电压是电源电压的1/37）

读取电压

/*** @brief  获取电源电压值* @param  无* @retval 转换得到的电流值*/
float get_vbus_val(void)
{float vdc = GET_ADC_VDC_VAL(vbus_adc_mean);      // 获取电压值return GET_VBUS_VAL(vdc);
}