STM32G4 电机外设篇（二） VOFA + ADC + OPAMP

一、STM32G4 电机外设篇（二） VOFA + ADC + OPAMP

1 VOFA

1.1 VOFA上位机显示波形

• 通讯协议
  1. JustFoat 只上传浮点数，0000807f结尾
     因为用DMA传输数据，更快
  2. FireWater 只用printf实现，比较慢
     
• 这里选用第一种方式来实现
• 打开之前文章生成的Keil
  在/* USER CODE BEGIN PV */中添加如下代码

extern DMA_HandleTypeDef hdma_usart3_tx;
uint8_t DataB1[32] = "LED1 Toggle\r\n";
uint8_t DataB2[32] = "LED2 Toggle\r\n";
uint8_t DataB3[32] = "LED1 and LED2 open\r\n";#define RXBUFFERSIZE 256
char RxBuffer[RXBUFFERSIZE];
uint8_t aRxBuffer;
uint8_t Uart1_Rx_Cnt;float temp[1];
static uint8_t tempData[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0x80, 0x7F};

在 /* USER CODE BEGIN WHILE */中添加如下代码

while(1)
{temp[0] += 0.01f;if(temp[0] > 6.28f){temp[0] = 0;}// printf("%f\r\n",temp[0]);memcpy(tempData, (uint8_t *)&temp, sizeof(temp));HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, (uint8_t *)tempData, 8);HAL_Delay(1);
}

• 按照之前的文章进行接线，然后编译下载程序
• 打开vofa+，按照图片操作连接串口，点击控件按钮，拖入左侧表格控件，右键添加Y轴数据，滚轮调整图标，就可以获得如图所示波形
  
• 可以用这个软件的一些其它控件来调整电机的Kp Ki，做出一个电机的控制窗口

2 ADC

2.1 用ADC规则组对板载电压和电位器进行采样

• ADC是整个电机控制中非常重要的外设，涉及到母线电压（VBUS）和三相电流的采样，这两者直接作用于电机控制的FOC环路，直接影响电机的运行稳定
• ADC的分类
  1. SAR ADC
  2. sigma delta ADC
  • 前者是逐次逼近的方法测值的，更快；后者是多次叠加的方法测量的，更加精准
• ADC有单端输入和差分输入模式，差分输入模式在sigma delta ADC使用的更多，此处选择单端输入
• 配置ADC1和ADC2时钟四分屏，12bit精度和右对齐
• ADC1和ADC2使能规则组转换
  
  
• 点击生成代码，打开Keil工程
  在/* USER CODE BEGIN 2 */中添加如下代码

 /* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart3, (uint8_t *)&aRxBuffer, 1);
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1,ADC_SINGLE_ENDED);//自校验，减少采样误差
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc2,ADC_SINGLE_ENDED);/* USER CODE END 2 */

• 在/* USER CODE BEGIN PV */中修改

float temp[2];
static uint8_t tempData[12] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0x80, 0x7F};
/* USER CODE END PV */

• 在/* USER CODE BEGIN WHILE */中修改

while(1)
{HAL_ADC_Start(&hadc1);HAL_ADC_Start(&hadc2);temp[0] = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);temp[1] = HAL_ADC_GetValue(&hadc2) * 0.02094726f; //根据分压电阻计算memcpy(tempData, (uint8_t *)&temp, sizeof(temp));HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, (uint8_t *)tempData, 12);HAL_Delay(1);}/* USER CODE END WHILE */

• VBUS在采样的时候一般要增加低通滤波器，电机在旋转的时候，母线电容一直处于充放电状态，大负载启动的时候，会有瞬时的母线电压补到母线电容中会导致波动，后面的实验会增加这个滤波器
• 编译下载程序
• 打开vofa上位机，复位开发板，连接上位机，实际效果如图所示
  

3 OPAMP（运放）

3.1 结合STM32内部运放和ADC来完成对三相电流的采样

• 打开之前的stm32cubemx项目

• 使能三个运放

  1. standalone模式，增益是外置的（选这个）
  2. follower 跟随模式
  3. PGA 可编程增益模式，增益可以用软件更改
     

• 使能两个ADC中断
  

• ADC配置，使能采样通道，使能注入组
  
  

• 点击生成代码，打开Keil软件

• 使能运放，在112行左右插入代码

  /* USER CODE BEGIN 2 */HAL_OPAMP_Start(&hopamp1);HAL_OPAMP_Start(&hopamp2);HAL_OPAMP_Start(&hopamp3);

• 在 /* USER CODE BEGIN WHILE */的while循环中插入如下代码

HAL_ADCEx_InjectedStart_IT(&hadc1);
HAL_ADCEx_InjectedStart_IT(&hadc2);//使能规则组转换，并产生注入组中断

• 在USER CODE 4中添加如下代码

//注入中断处理程序
void HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{/*Prevent unused argument(s)compilation warning */UNUSED (hadc);if(hadc == &hadc1){temp[2] = hadc1.Instance->JDR1;temp[2] = (temp[2]-0x7ef)*0.193359375f;temp[3] = hadc1.Instance->JDR2;temp[3] = (temp[3]-0x7ef)*0.193359375f;}if(hadc == &hadc2){temp[4] = hadc1.Instance->JDR1;temp[4] = (temp[4]-0x7ef)*0.193359375f;}
}

3.2 运放电路分析

• R58,R59 作用是为了输入的正向端和负向端输入阻抗匹配
• R52，R53 为分压电阻，作用是将输入正向端电压正向偏置1.65V
• R56与 R59 形成负反馈增益，运放整体增益计算如下
• 虚断：OP1_VINP 输入电压为 Vin;
• 虚短：
  $$\frac{Vin}{R59}=\frac{Vout}{R59+R56}$$
  $$增益Gain=\frac{Vout}{Vin}=1+\frac{R56}{R59}$$
  
  
• 修改Temp数组为5大小，修改DMA传输24bit
• 编译下载程序，实验结果如下
  

附学习参考网址

1. STM32G4 FOC开发实战
2. SAR ADC和sigma delta ADC的区别-CSDN博客
3. 【运放2】如何理解运放的虚短虚断，他们有啥用？_哔哩哔哩_bilibili

欢迎大家有问题评论交流 (* ^ ω ^)

• 如果板子有时候没反应就把电源都拔了重新接线上电，说不定就好了QAQ