4、电流采样与ADC配置：电流检测电阻、运放电路、STM32 ADC多通道采样、DMA传输

电机控制里，电流采样是闭环控制的基础。说白了，你PID算得再准，电流采回来是错的，那一切都是白搭。我刚开始做FOC的时候，就吃过这个亏——电流波形看着挺好，电机一转起来就抖，查了半天，结果是ADC采样时序没配好。

这一章，咱们就把电流采样这条链路从头到尾捋一遍。从硬件上的检测电阻和运放，到STM32的ADC多通道配置，再到DMA传输，一步都不能省。

4.1 电流检测电阻与运放电路

先说说硬件端。电流采样最常用的方式就是串联一个毫欧级电阻，然后通过运放把电阻两端的微弱电压放大到ADC能采的范围。

4.1.1 检测电阻选型

检测电阻的选择有几个关键点：

• 阻值：一般在1mΩ~50mΩ之间。阻值越大，信号越强，但功耗也大。我一般控制在额定电流下压降不超过50mV。
• 功率：要留够余量。比如电机峰值电流10A，用10mΩ电阻，峰值功耗就是1W，选2W以上的比较稳妥。
• 温漂：尽量选低温度系数的，比如±50ppm/℃以下。温漂大了，电流采样会随温度飘，你想想看，PID参数调好了，跑一会儿电机热了，电流值就变了，那还怎么控？

4.1.2 运放电路设计

运放的作用是把差分小信号放大到ADC的输入范围（通常是0~3.3V）。常用的电路是差分放大或仪表放大。

这里有个坑——运放的共模输入范围。电机驱动是高压环境，母线电压可能几十伏，而采样电阻两端的共模电压就是电机相电压。如果运放的共模输入范围不够，输出就会失真。

运放电路的关键参数：

4.2 STM32 ADC多通道采样

硬件搭好了，接下来就是STM32的ADC配置。电机控制通常需要同时采集两相或三相电流，所以要用到多通道采样。

4.2.1 ADC硬件资源

STM32的ADC有几种模式：

• 单次转换：每次触发只转一个通道，适合低速场景。
• 连续转换：自动循环转换，但CPU负担重。
• 扫描模式：一次触发转换多个通道，配合DMA使用最合适。

电机控制里，我一般用规则组扫描模式，把三相电流的ADC通道放在一个规则组里，一次触发就把所有电流都采完。

4.2.2 采样时序与触发源

这里有个关键点——采样时刻。PWM开关管导通和关断时，会有很大的开关噪声。如果ADC在噪声大的时候采样，数据肯定不准。

我的做法是：用PWM的定时器作为ADC触发源，把采样点放在PWM周期的中间时刻。这时候开关管已经稳定了，噪声最小。

配置示例（以STM32G4为例）：

// 配置ADC1，规则组扫描模式，3个通道
hadc1.Instance = ADC1;
hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_ASYNC_DIV1;
hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
hadc1.Init.ScanConvMode = ADC_SCAN_ENABLE;      // 扫描模式
hadc1.Init.ContinuousConvMode = DISABLE;        // 不连续，由外部触发
hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_EXTERNALTRIG_T1_TRGO; // TIM1触发
hadc1.Init.ExternalTrigConvEdge = ADC_EXTERNALTRIGCONVEDGE_RISING;
hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
hadc1.Init.NbrOfConversion = 3;                 // 3个通道
HAL_ADC_Init(&hadc1);

4.3 DMA传输

ADC转换完的数据，如果不及时搬走，就会被下一次转换覆盖。用DMA是最优雅的方式——转换完成自动把数据搬到内存，CPU只管算PID就行。

4.3.1 DMA配置要点

DMA配置有几个地方要注意：

• 传输方向：外设到内存，ADC是源，内存数组是目标。
• 数据宽度：ADC是12位，但寄存器是16位或32位，对齐好就行。
• 循环模式：开启，这样每次触发都会自动传输，不用反复配置。
• 内存地址递增：开启，让数据依次存到数组的不同位置。

// DMA配置，把ADC数据搬到电流数组
hdma_adc1.Instance = DMA1_Channel1;
hdma_adc1.Init.Direction = DMA_PERIPH_TO_MEMORY;
hdma_adc1.Init.PeriphInc = DMA_PINC_DISABLE;
hdma_adc1.Init.MemInc = DMA_MINC_ENABLE;        // 内存地址递增
hdma_adc1.Init.PeriphDataAlignment = DMA_PDATAALIGN_HALFWORD;
hdma_adc1.Init.MemDataAlignment = DMA_MDATAALIGN_HALFWORD;
hdma_adc1.Init.Mode = DMA_CIRCULAR;             // 循环模式
hdma_adc1.Init.Priority = DMA_PRIORITY_HIGH;
HAL_DMA_Init(&hdma_adc1);

// 连接DMA和ADC
__HAL_LINKDMA(&hadc1, DMA_Handle, hdma_adc1);

4.3.2 数据对齐与处理

DMA搬过来的数据是原始ADC值（0~4095），要转换成实际电流值。转换公式很简单：

// 电流计算
float current = (adc_value - offset) * vref / 4096.0f / gain / Rshunt;

// adc_value: DMA搬来的原始值
// offset: 零电流时的ADC值（中点偏置）
// vref: ADC参考电压，通常3.3V
// gain: 运放增益
// Rshunt: 采样电阻阻值

4.4 整体架构与流程图

把上面这些串起来，整个电流采样链路就是：

电流 → 采样电阻 → 运放放大 → STM32 ADC多通道采样 → DMA传输 → 内存数组 → 电流计算 → 送给PID

下面这张图把整个流程和关键节点都画出来了，你可以对照着看：

4.5 常见问题与避坑指南

最后，分享几个我在实际项目中遇到的问题：

• 采样噪声大：检查采样时刻是否在PWM开关噪声区，调整触发点。
• 电流零点漂移：运放失调电压和温漂导致，用软件校准offset。
• DMA数据错位：检查内存地址递增是否开启，通道顺序是否和DMA数组对应。
• ADC转换时间不够：采样周期太短，适当降低ADC时钟或增加采样时间。

嗯，电流采样这块就讲到这里。硬件选型、运放设计、ADC配置、DMA传输，每一步都关系到最终的控制效果。你把这些吃透了，后面的PID整定才能建立在可靠的数据基础上。