STM32CubeMX学习笔记(6)--定时器触发ADC采样

行者R
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基础知识补充

模式介绍：

  1. 扫描模式：使用ADC多通道时，自动使能扫描模式。自动扫描开启的所有通道进行转换，直到转换完成。
  2. 连续模式：开启连续模式后，ADC的转换不受其他控制(例如定时器触发)，如果开启连续模式，ADC将忽略定时器的触发采样，连续转换模式其实就是满频率采样。
  3. 间断模式：可以将多个通道进行分组采样。假如开启了CH0、CH1、CH2、CH3这4个通道，设置间断次数为4，相当于将4个通道分成了4组，每组1个通道，要想采集完这4个通道就需要手动触发4次ADC采集。如果设置间断次数为2，那么采集完4个通道就需要手动触发2次ADC采集。

规则组使用的问题：

  1. 多通道+间断模式：如果不想使用DMA搬运数据，就使用间断模式。
  2. 多通道+DMA：使用DMA时，一定要将连续转换关闭！ 如果连续模式开启，那么DMA传输到数组中时，每个通道所采集到的值对应在数组中的位置就不是固定的了！！！
    例如你开启了IN0~IN3这四个通道，并通过DMA将这四个通道的数据放到ADC_Value这个大小为4的u16类型数组，你在第一次采集的时候IN0通道的数值通过DMA被放在ADC_Value[0]，第二次采集的时候IN0采集到的数值就可能被放到了ADC_Value[1]，这样的话就极不方便我们对每个通道的数据进行分析和提取。
    参考文章：blog.csdn.net/qq153471503…

采样时间：
ADC转换时间 = 采样时间 + 12.5Cycles
得到的转换时间，为理论上ADC的最快转换时间。 ADC两次采样时间间隔，一定要大于ADC的转换时间。
例如设置ADC的转换时间为0.9375us，那么ADC的采样频率最小要大于1us，对应的采样频率要小于1M！

等待转换完成的函数：一定要使用，避免出BUG!

 HAL_ADC_PollForConversion(&hadc2, 50);           // 等待规则组转换完成, 最多等待时间50ms
 HAL_ADCEx_InjectedPollForConversion(&hadc1, 50); // 等待注入组转换完成

1.PWM mode1和PWM mode2的区别

TIM的 OC（Output Compare）输出比较 主要用于输出PWM波形，输出比较功能 可以通过比较 CNT计数器 与 CCR捕获/比较寄存器的大小，来对输出电平进行置1、置0或翻转的操作，用于输出一定频率和占空比的PWM波形。

image.png
总结：

  1. PWM模式1：无论是向上计数还是向下计数，只要CNT ⩽\leqslantCCRx，PWM输出高电平。
  2. PWM模式2：无论是向上计数还是向下计数。只要CNT ⩽\leqslantCCRx，PWM输出低电平。

1.1 PWM模式1，向上计数，输出PWM波形

PWM模式1，向上计数，当CNT＜CCR时，输出高电平。

1.2 PWM模式2，向上计数，输出PWM波形

image.png

PWM模式2，向上计数，当CNT＜CCR时，输出低电平。

1.3 中心对齐模式，向上向下计数(三角波)

中央计数模式，最显著的特点：生成的PWM波形，是处于中心对称的！！！ image.png

1.6 计数中断事件

UEV：Update Event，更新事件。当计数器CNT=ARR-1，或者CNT=1时就自动生成更新事件。

  1. 中心对齐模式(TIMx_RCR = 1)：计数器从0开始计数，到ARR-1产生一个计数器溢出事件，然后向下计数到1产生一个计数器溢出事件，然后再从0开始重新计数。

计数模式只是在输出PWM的时候有区别，对于普通的定时计数，无论是向上计数、向下计数，还是向上向下计数(中心对齐模式)，进入中断的频率是一样的。计数器从0开始计数到ARR-1，计数到ARR-1触发中断，或CNT减为0触发中断。

image.png

2.定时器触发ADC规则组+多通道+DMA

注意事项：整个过程，不需要使能任何定时器中断，和ADC中断

  1. ADC连续转换模式：一定不要使能，使用单次转换。 因为我们的目标是使用定时器触发ADC转换，使用连续转换模式后，定时器触发一次ADC转换后，他自己接下来就自动开始转换了，此时定时器触发就不起作用了！
  2. DMA工作模式：选择循环模式，否则DMA搬完一次数据后，就不工作了，还需要再次使能DMA，使用这条语句触发DMA搬运数据
uint16_t adc2_value[2];
HAL_ADC_Start_DMA(&hadc2,(uint32_t *)adc2_value,2);

  1. 使能DMA连续请求

  2. 触发方式选择：例如上升沿，即为TIM输出PWM，会在PWM波的每个上升沿触发ADC转换。 image.png

  3. 定时器update事件：就是定时器计数溢出后，产生的触发信号。

2.1 STM32CubeMX配置

目标：使用定时器触发电位器和母线电压的ADC采样。
image.png

2.1.1 配置ADC2的工作参数：

1.配置ADC采样通道：
image.png

2.配置DMA搬运数据：
image.png

3.配置ADC的工作参数：
CPU主频160M，ADC预分配设为6分频(160M/6)，采样时间设为12.5Cycles，注意采样时间如果设置的太小，可能会产生反复进入DMA中断，造成程序卡死的问题！！！
则ADC的转换时间 = (12.5+12.5)X6÷160M = 0.9375us，也就是ADC的转换频率为1.0667MHz。

image.png

4.配置触发条件：列出的有可选的触发条件。 image.png 选择TIM1的CH1比较事件，如果选择上升沿触发，那么配置定时器时要选择为向上计数，PWM mode2，才可以获得精准的ADC采样频率。如果选择下降沿触发，则配置定时器的工作模式为：向上计数，PWM mode1。
注意也可以选择中心对齐模式，不过要设置TIMx_RCR = 1，原因可参考上一节的内容。
image.png

2.2.2 配置定时器的工作参数

1.配置PWM产生的通道：
image.png

2.配置TIM1的工作参数：配置为中心对齐模式，PWM频率10K
image.png

3.配置TIM1_CH1，PWM的工作参数：使用软件配置初始占空比，便于硬件调试最优的FOC低端电流采样位置。如果为其他信号的采集(比如母线电压，电位器)，初始占空比只要不设置为100%或者0%都可以，否则无法产生PWM的上升沿和下降沿。
image.png

2.2 业务代码

#include "adc.h"
#include "Serial.h"
#include "stdint.h"
#include "tim.h"

uint16_t adc2_value[2];

void init_adc(void)
{
    TIM1->CCR1 = 8000 - 2;
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_1);
    HAL_ADC_Start_DMA(&hadc2, (uint32_t *)adc2_value, 2);
}

void adc_log(void)
{
    log_block("%d,%d\r\n", adc2_value[0], adc2_value[1]);
}

已验证，可以正常使用！

3.定时器触发ADC注入组+多通道

注意事项：整个过程，不需要使能任何定时器中断，和ADC中断

  1. ADC连续转换模式：一定不要使能，使用单次转换。 因为我们的目标是使用定时器触发ADC转换，使用连续转换模式后，定时器触发一次ADC转换后，他自己接下来就自动开始转换了，此时定时器触发就不起作用了！
  2. 其他内容可以参考“定时器触发ADC规则组的章节”

3.1 STM32CubeMX配置

与ADC触发规则组的不同之处：触发条件可选项目不同，这次选择TIM1_CH4通道产生PWM进行测试！ image.png

1.ADC工作参数配置： image.png

2.禁用规则组：
image.png

3.配置注入组： 注意ADC采样时间如果设置的过小，程序可能会卡死无法正常工作！！！ image.png

4.配置TIM1的工作参数：
image.png

image.png

选择PWM模式2的原因：ADC采样触发选择的为上升沿，如果选择PWM模式1，则选择下降沿触发即可。
image.png

3.2 业务代码

#include "adc.h"
#include "Serial.h"
#include "stdint.h"
#include "tim.h"

uint16_t adc2_value[2];

void init_adc(void)
{
    TIM1->CCR4 = 8000 - 2;
    HAL_TIM_PWM_Start(&htim1, TIM_CHANNEL_4);
    HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc2, ADC_SINGLE_ENDED); // ADC自校准
    HAL_ADCEx_InjectedStart(&hadc2);                       // 启动ADC注入组转换
}

void adc_log(void)
{
    adc2_value[0] = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc2, ADC_INJECTED_RANK_1);
    adc2_value[1] = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc2, ADC_INJECTED_RANK_2);
    log_block("%d,%d\r\n", adc2_value[0], adc2_value[1]);
}

已验证，可以正常工作！

BUG记录与解决

在FOC应用中，如果配置定时器触发ADC注入组采集三相低端电流时，在初始化ADC完成后，一定要延迟一会，因为注入注刚开始进行ADC转换时也需要时间，否则会出现偏置电压计算不正常的BUG。

image.png

/**
 * @brief 计算三相电流采样原始偏置值
 * @retval None
 */
void calculate_offset(void)
{
    uint16_t count = 1000;

    uint32_t ia_offset_sum, ib_offset_sum, ic_offset_sum;

    for (uint16_t i = 0; i < count; i++)
    {
        uint16_t ia_adc = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc1, ADC_INJECTED_RANK_1); // ia
        uint16_t ib_adc = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc1, ADC_INJECTED_RANK_3); // ib
        uint16_t ic_adc = HAL_ADCEx_InjectedGetValue(&hadc1, ADC_INJECTED_RANK_2); // ic

        ia_offset_sum += ia_adc;
        ib_offset_sum += ib_adc;
        ic_offset_sum += ic_adc;
    }
    ia_offset = ia_offset_sum / count;
    ib_offset = ib_offset_sum / count;
    ic_offset = ic_offset_sum / count;

    log_block("[ia_offset,ib_offset,ic_offset]:%d,%d,%d\r\n", ia_offset, ib_offset, ic_offset);
}

20231227最新解决方法

在获取ADC转换值前，先使用以下的函数等待ADC转换完成，之后再获取ADC转换值，进行计算！

 HAL_ADC_PollForConversion(&hadc2, 50);           // 等待规则组转换完成, 最多等待时间50ms
 HAL_ADCEx_InjectedPollForConversion(&hadc1, 50); // 等待注入组转换完成

等待注入组转换完成：

 // 等待注入组转换完成
    if (HAL_ADCEx_InjectedPollForConversion(&hadc1, 50) == HAL_OK)
    {
        // 获取ADC转换值
    }
    else
    {
        log_block("ADC Injected Conversion Error!\r\n");
    }

等待规则组转换完成：

// 等待规则组转换完成
    if (HAL_ADC_PollForConversion(&hadc2, 50) == HAL_OK)
    {
        // 获取ADC转换值
    }
    else
    {
        log_block("ADC Rejular Conversion Error!\r\n");
    }
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