3. 软件配置基础：ADC采样配置、数字滤波算法、阈值比较逻辑、保护动作执行

好，咱们进入软件部分。硬件搭好了，采样链路调通了，接下来就是让芯片“听懂”电流信号，并在危险时刻做出反应。

这一章，我带你过一遍过流保护的软件核心流程。说白了，就是四个步骤：采得到 → 滤得稳 → 比得准 → 动作快。

核心流程概览：

ADC 采样 → 数字滤波 → 阈值比较 → 保护动作

每一步都有坑，踩过一个你就记住了。

3.1 ADC 采样配置：别让第一关就翻车

ADC 配置看起来简单，但我在项目里见过太多“采样值跳得像心电图”的情况。根源往往不在硬件，而在软件触发时机和采样窗口没配好。

我个人习惯把 ADC 配置拆成三个关键点：

触发源选择：用 PWM 定时器触发，还是用软件连续触发？过流保护场景，我强烈建议用 PWM 同步触发。为什么？因为电流纹波和开关动作强相关，你在开关管导通中间段采样，信噪比最好。
采样时间：STM32 的 ADC 采样时间可调，从 1.5 周期到 239.5 周期。采样时间太短，采样电容充不满，结果偏小；太长，又跟不上信号变化。我一般设 12~28 个周期，具体看输入阻抗。
分辨率与转换模式：12 位够用，别盲目上 16 位。过流保护不需要微伏级精度，速度快才是王道。用 单次转换 + DMA，别用阻塞式轮询。

我的小技巧：

在 ADC 初始化完成后，先对地采样一次，再对内部参考电压采样一次。这两个值能帮你快速判断 ADC 是否正常工作。我每次上电都这么干，省了不少排查时间。

3.2 数字滤波算法：滤掉噪声，留住真相

ADC 采回来的原始数据，直接拿去比较阈值？别急。你想想看，一个开关电源的电流波形，上面叠加了多少高频噪声？不滤波就做保护，误动作率能让你怀疑人生。

常用的数字滤波算法，我按实用场景排了个序：

算法	适用场景	延时	我踩过的坑
中值滤波	尖峰脉冲干扰（如雷击、浪涌）	中等	窗口设太大，反应慢半拍
滑动平均	平稳噪声（如热噪声、量化噪声）	较大	点数太多，保护动作滞后
一阶低通	实时性要求高的场景	小	系数选不好，滤不干净或过冲
去极值平均	混合噪声（尖峰 + 平稳）	中等	排序开销大，MCU 扛不住

我个人最常用的是 一阶低通滤波，代码简单，实时性好。公式就一行：

// 一阶低通滤波
// new_value: 最新 ADC 采样值
// filtered_value: 滤波后的输出
// alpha: 滤波系数 (0 ~ 1)，越小越平滑，但延时越大

filtered_value = (uint16_t)((float)new_value * alpha + (float)filtered_value * (1.0f - alpha));

alpha 怎么选？我一般从 0.1 开始试。alpha 太大，滤不干净；太小，反应太慢。我曾经在一个电机驱动项目里，alpha 设了 0.05，结果过流保护总是慢 200μs，差点烧了 MOS 管。后来调到 0.15，刚刚好。

警告：

数字滤波会引入相位滞后。对于过流保护，滤波延时 + 软件处理延时 + 硬件动作延时，总和必须小于被保护器件的耐受时间。IGBT 的短路耐受时间通常只有 10μs，你一个滤波就吃掉 5μs，剩下的时间够不够？自己算。

3.3 阈值比较逻辑：别让误动作毁了产品

滤波之后，就是阈值比较。这里有两个流派：瞬时比较 和 反时限比较。

瞬时比较：滤波值超过阈值，立即触发保护。适合短路等硬故障。但要注意做 消抖处理，连续 N 次超阈值才动作，防止电网毛刺误触发。
反时限比较：电流越大，动作越快。适合过载保护。实现上可以用积分器，也可以用查表法。

我建议在项目中同时保留两种模式，通过配置寄存器切换。调试阶段先用瞬时比较，摸清系统的电流特性，再根据实际波形调整反时限曲线。

阈值比较的代码框架，我习惯这样写：

// 过流阈值比较（带消抖）
#define OC_THRESHOLD_HIGH  3000  // 瞬时过流阈值，对应实际电流值
#define OC_DEBOUNCE_COUNT  3     // 连续超阈值次数

static uint8_t oc_debounce_cnt = 0;

void overcurrent_check(uint16_t filtered_current)
{
    if (filtered_current > OC_THRESHOLD_HIGH)
    {
        oc_debounce_cnt++;
        if (oc_debounce_cnt >= OC_DEBOUNCE_COUNT)
        {
            // 触发保护动作
            trigger_protection();
            oc_debounce_cnt = 0;
        }
    }
    else
    {
        // 电流恢复正常，清零计数器
        oc_debounce_cnt = 0;
    }
}

避坑指南：

我曾经在一个变频器项目里，消抖次数设了 10 次。结果电机启动瞬间的冲击电流每次都触发保护，产品根本没法用。后来我把消抖次数降到 3 次，同时把启动时的阈值临时抬高 20%，问题就解决了。记住：消抖次数不是越大越好，要结合你的系统动态特性来调。

3.4 保护动作执行：最后一公里，别掉链子

阈值比较通过了，接下来就是执行保护动作。这一步最怕什么？怕你动作了，但没动作到位。

保护动作通常分两级：

软件级动作：立即封锁 PWM 输出，置位故障标志位，记录故障时刻的电流值。这一步要在中断里完成，越快越好。
硬件级动作：通过 GPIO 拉低驱动芯片的使能脚，或者触发硬件刹车。这是最后一道防线，即使 MCU 跑飞了，硬件也能把管子关掉。

我个人的做法是：软件和硬件同时动作。软件先封锁 PWM，同时拉一个 GPIO 给硬件保护电路。双重保险，心里踏实。

保护动作后的恢复逻辑也很重要。不能一恢复就立即重启，否则可能反复过流，把管子烧了。我一般设计 三次自恢复 机制：

第一次过流：封锁 PWM，等待 1 秒后自动恢复。
第二次过流：封锁 PWM，等待 5 秒后自动恢复。
第三次过流：永久锁死，等待人工复位。