2. C2000过流保护系统硬件基础
ADC模块，说白了就是微控制器的“眼睛”。它把模拟电压转换成数字量，我们才能知道电流到底有多大。C2000系列的ADC，我用了快十年，它的设计思路和普通MCU不太一样。今天咱们就把它拆开看看。
2.1 ADC模块架构：核心部件与数据路径
C2000的ADC，内部其实是一个逐次逼近寄存器（SAR）型转换器。我刚开始接触时，总觉得它就是个黑盒子，直到有一次调试采样值总跳变，才逼着自己把架构吃透。
一个典型的C2000 ADC模块，包含这几个关键部分：
- 模拟多路复用器（MUX）：负责选择哪一路模拟信号进入转换器。C2000通常有16个甚至更多模拟输入通道。
- 采样保持电路（S/H）：在转换开始前，把输入电压“冻结”住。这个电容的充电时间，直接决定了采样窗口的最小值。
- SAR转换核心：逐位比较，生成12位或16位的数字结果。转换时间由核心时钟决定。
- 结果寄存器：转换完成后，数字值存放在这里。每个通道都有对应的结果寄存器。
- 触发与排序器：控制什么时候开始采样，按什么顺序转换多个通道。
核心要点：ADC的精度和速度，取决于采样窗口是否足够长、转换时钟是否稳定。我在过流保护项目中，就吃过采样窗口太短的亏——采样值不准，保护阈值形同虚设。
下面这张图，是我画的一个简化架构。你看一眼，心里就有谱了。
2.2 采样模式：顺序采样 vs 同步采样
C2000支持两种采样模式。选哪个，取决于你的应用场景。我个人的习惯是：过流保护用同步采样，普通监控用顺序采样。
2.2.1 顺序采样（Sequential Sampling）
说白了，就是一个通道接一个通道地转。比如你配置了4个通道，ADC会先转通道0，再转通道1，依此类推。每个通道的采样窗口和转换时间可以独立配置。
- 优点：硬件简单，每个通道的采样参数可以不同。
- 缺点：通道间存在时间差。如果两个通道的电压变化很快，这个时间差会导致相位误差。
- 适用场景：温度监控、电压巡检等对时序不敏感的应用。
我的经验：有一次做三相电压监测，用了顺序采样。结果发现三相之间的相位差总是算不准。后来才意识到，是ADC顺序采样引入的延迟。从那以后，凡是涉及相位关系的测量，我都改用同步采样。
2.2.2 同步采样（Simultaneous Sampling）
同步采样，就是两个通道同时采样。C2000内部有两个采样保持电路（S/H-A和S/H-B），可以分别连接不同的模拟输入。触发信号一来，两个S/H同时冻结电压，然后依次转换。
- 优点：两个通道的采样时刻完全一致，没有时间差。
- 缺点：只能成对使用（比如A0和B0同时采），灵活性稍差。
- 适用场景：过流保护（同时采电压和电流）、电机控制（同时采两相电流）。
| 对比项 | 顺序采样 | 同步采样 |
|---|---|---|
| 采样时刻 | 依次进行 | 同时进行 |
| 通道间延迟 | 存在（取决于转换时间） | 无延迟 |
| 硬件需求 | 1个S/H | 2个S/H |
| 典型应用 | 温度、压力等慢信号 | 电流、电压瞬时值测量 |
2.3 ADC触发源配置：谁来决定“开始采样”？
ADC不会自己主动干活。你得告诉它：什么时候开始采样。这个“告诉”的动作，就是触发源。C2000的触发源很灵活，我常用的有这几种：
- 软件触发（SW）：写寄存器，立即启动。适合调试或非周期性采样。
- ePWM触发：PWM模块产生的事件。这是过流保护最常用的方式——PWM周期开始或中间点触发ADC采样，正好采集电流峰值或谷值。
- 外部GPIO触发：外部信号上升沿或下降沿触发。适合与外部传感器同步。
- CPU定时器触发：固定时间间隔触发。适合周期性数据采集。
⚠️ 避坑指南：我曾经在一个项目中，用ePWM触发ADC，但没注意触发信号的极性。结果PWM输出正常，ADC却一直不采样。查了两天才发现，是触发边沿配置反了。记住：触发源的极性、延迟、分频系数，每一项都要核对。
配置触发源，通常需要设置这几个寄存器：
- ADCSOCxCTL：每个SOC（Start-of-Conversion）的触发源选择。
- ADCINTSELxNy：中断触发条件。
- EPWMxSOCA/SOCB：PWM模块的ADC触发输出。
2.4 采样窗口与转换时间计算
这是ADC配置中最容易出错的地方。采样窗口太短，采样值不准；太长，又影响采样率。你得找到一个平衡点。
2.4.1 采样窗口（Acquisition Window）
采样窗口，就是S/H电路对输入电压充电的时间。C2000的采样窗口，可以通过寄存器ADCSOCxCTL的ACQPS位来配置。单位是ADC时钟周期。
采样窗口的计算公式：
采样窗口时间 = (ACQPS + 1) × ADC时钟周期比如，ADC时钟为50MHz（周期20ns），ACQPS设为9，那么采样窗口就是：
(9 + 1) × 20ns = 200ns这个200ns够不够？取决于你的信号源阻抗。信号源阻抗越高，需要的采样窗口越长。我一般会留出20%~30%的余量。
经验公式：采样窗口 ≥ 2 × (信号源阻抗 + 内部开关阻抗) × 采样电容。C2000内部开关阻抗约500Ω，采样电容约5pF。如果信号源阻抗是1kΩ，那么最小采样窗口 ≈ 2 × (1000+500) × 5e-12 = 15ns。但实际中，我建议至少设到100ns以上，保证精度。
2.4.2 转换时间（Conversion Time）
转换时间，是SAR核心把采样电压变成数字量所需的时间。C2000的SAR转换，每个位需要1个ADC时钟周期。12位ADC需要13个时钟周期（12位 + 1个额外周期），16位需要17个时钟周期。
转换时间计算公式：
转换时间 = (分辨率位数 + 1) × ADC时钟周期举个例子：
| ADC时钟频率 | 时钟周期 | 12位转换时间 | 16位转换时间 |
|---|---|---|---|
| 50 MHz | 20 ns | 13 × 20 = 260 ns | 17 × 20 = 340 ns |
| 25 MHz | 40 ns | 13 × 40 = 520 ns | 17 × 40 = 680 ns |
| 12.5 MHz | 80 ns | 13 × 80 = 1.04 μs | 17 × 80 = 1.36 μs |
2.4.3 总采样时间
一个完整的ADC采样周期，包括采样窗口和转换时间：
总时间 = 采样窗口 + 转换时间如果采样窗口200ns，12位转换260ns，那么总时间就是460ns。理论上，你可以达到约2.17 MSPS的采样率。但实际中，还要考虑触发延迟、中断响应等开销。
我的建议：在过流保护项目中，我通常把采样窗口设为200~300ns，ADC时钟设为50MHz。这样既能保证精度，又能留出足够的时间做其他处理。别把ADC跑到极限，留点余量，系统更稳定。
2.5 实战配置示例：ePWM触发同步采样
下面是一个实际配置片段。假设我们要用ePWM1触发ADC，同步采样A0和B0通道，采样窗口200ns，ADC时钟50MHz。
// 假设ADC时钟已配置为50MHz
// 采样窗口：200ns → ACQPS = 9
// 触发源：ePWM1 SOCA
// 配置SOC0：采样A0通道，ePWM1触发
AdcRegs.ADCSOC0CTL.bit.CHSEL = 0; // ADCINA0
AdcRegs.ADCSOC0CTL.bit.TRIGSEL = 1; // ePWM1 SOCA
AdcRegs.ADCSOC0CTL.bit.ACQPS = 9; // 采样窗口200ns
// 配置SOC1：采样B0通道，ePWM1触发（同步采样）
AdcRegs.ADCSOC1CTL.bit.CHSEL = 8; // ADCINB0
AdcRegs.ADCSOC1CTL.bit.TRIGSEL = 1; // 同一触发源
AdcRegs.ADCSOC1CTL.bit.ACQPS = 9; // 采样窗口一致
// 使能同步采样模式
AdcRegs.ADCCTL2.bit.SYNCCNTEN = 1; // 使能同步计数
这段代码配置了两个SOC，使用同一个触发源。当ePWM1的SOCA事件发生时，ADC会同时采样A0和B0，然后依次转换。结果分别存放在ADCRESULT0和ADCRESULT1中。
⚠️ 注意：同步采样时，两个通道的采样窗口必须一致。否则，一个通道还在充电，另一个已经开始转换了，那就不是真正的“同步”了。
好了，ADC模块的基础就讲到这里。这些参数，在后续的过流保护设定中都会用到。特别是采样窗口和触发源的选择，直接影响保护响应的速度和精度。你先把这些基础打牢，后面实战时才不会手忙脚乱。