4、ADC采样与电流检测：双电阻采样原理、ADC注入组配置、同步触发模式、电流重构算法、采样偏移校准
电流检测是FOC的「眼睛」。你想想看，如果连电机三相电流都读不准，后面的Clark变换、Park变换全是白搭。这一章我们就把ADC采样这块硬骨头啃下来。
4.1 双电阻采样原理
为什么用双电阻，而不是三电阻？说白了，成本与精度的平衡。三电阻采样需要三个电流传感器，双电阻只用在两相下桥臂串采样电阻，第三相电流通过基尔霍夫定律算出来：IC = -(IA + IB)。
我在项目中遇到过一个问题：双电阻采样对PWM占空比有「盲区」。当某一相占空比接近0%或100%时，采样窗口太短，ADC根本来不及转换。这时候就需要电流重构算法来补位。
| 采样方式 | 电阻数量 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 双电阻 | 2 | 成本低，计算量小 | 存在采样盲区 |
| 三电阻 | 3 | 无盲区，精度高 | 成本高，PCB面积大 |
| 单电阻 | 1 | 成本最低 | 重构算法复杂，低速性能差 |
4.2 ADC注入组配置
GD32的ADC有个好东西叫「注入组」。常规的规则组用于连续采样，而注入组可以「插队」——优先级更高，适合在PWM中断里抢时间采样。
我个人习惯这样配置注入组：
- 使能ADC时钟，配置分频系数（一般ADC时钟不要超过14MHz）
- 设置注入组通道数为2（对应A相和B相电流）
- 配置采样时间：我一般设7.5个周期，够稳
- 使能注入组中断，用于读取结果
// 注入组配置示例
adc_insermode_config(ADC0, ADC_INSERTED_CHANNEL, ENABLE);
adc_inserted_channel_config(ADC0, 0, ADC_CHANNEL_0, ADC_SAMPLETIME_7POINT5);
adc_inserted_channel_config(ADC0, 1, ADC_CHANNEL_1, ADC_SAMPLETIME_7POINT5);
adc_external_trigger_inserted_config(ADC0, ENABLE, ADC_EXT_TRIGGER_INSERTED_T0TRGOUT);
adc_interrupt_enable(ADC0, ADC_INT_INSERTED);4.3 同步触发模式
ADC采样必须和PWM同步，否则采到的电流值毫无意义。GD32的定时器可以输出TRGO信号，直接触发ADC注入组转换。
为什么会这样？因为FOC需要在PWM周期的中点采样电流，此时相电流最稳定，纹波最小。
我建议的配置流程：
- 定时器0配置为主模式，输出TRGO信号
- TRGO触发源选择为「更新事件」或「OC1REF」
- ADC0配置为外部触发注入组模式，触发源选择T0TRGOUT
// 定时器TRGO配置
timer_master_slave_mode_config(TIMER0, TIMER_MASTER_SLAVE_MODE_ENABLE);
timer_master_output_trigger_source_select(TIMER0, TIMER_MASTER_UPDATE);4.4 电流重构算法
前面提到双电阻有采样盲区，怎么解决？靠重构算法。
当某一相占空比太小时，该相电流无法采样。这时候我们利用另外两相电流和三相电流之和为零的特性，反推出缺失的那一相。
我曾经踩过一个坑：重构算法在低速大扭矩时频繁触发，导致电流波形畸变。后来发现是采样窗口设置太短，ADC转换没完成就进入了重构分支。
重构算法的核心逻辑：
- 判断当前扇区（根据SVPWM的扇区号）
- 确定哪一相电流无法采样
- 用另外两相电流计算缺失相：Imiss = -(Ia + Ib)
- 如果两相都无法采样（极端情况），保持上一次采样值
// 电流重构伪代码
if (sector == 1 || sector == 4) {
// A相无法采样
I_a = -(I_b + I_c);
} else if (sector == 2 || sector == 5) {
// B相无法采样
I_b = -(I_a + I_c);
} else {
// C相无法采样
I_c = -(I_a + I_b);
}4.5 采样偏移校准
ADC采样有个「零漂」问题。即使电机不转，ADC读到的电流值也不是0，而是几十到几百个LSB的偏移。这个偏移如果不校准，FOC会认为电机一直在转，导致失控。
校准方法很简单：电机静止时，连续采样N次（我一般取100次），取平均值作为偏移量。然后在每次采样结果中减去这个偏移量。
// 偏移校准示例
#define CALIBRATION_SAMPLES 100
uint16_t offset_a = 0, offset_b = 0;
void current_calibration(void) {
uint32_t sum_a = 0, sum_b = 0;
for (int i = 0; i < CALIBRATION_SAMPLES; i++) {
sum_a += adc_inserted_read(ADC0, 0);
sum_b += adc_inserted_read(ADC0, 1);
}
offset_a = sum_a / CALIBRATION_SAMPLES;
offset_b = sum_b / CALIBRATION_SAMPLES;
}
// 使用时
int32_t current_a = (int32_t)adc_value_a - (int32_t)offset_a;4.6 本章知识结构图
下面这张图把ADC采样与电流检测的完整链路串起来了，从硬件采样到软件重构，一目了然。
4.7 常见问题与避坑
- 采样值跳变：检查ADC参考电压是否稳定，VREF引脚加104电容
- 重构算法频繁触发：调整盲区阈值，或者增加采样窗口时间
- 偏移校准后仍有偏差：可能是运放电路失调，需要硬件上做偏置调整
- ADC转换结果始终为0：检查触发信号是否到达，用示波器量TRGO引脚