2、PWM与ADC触发机制：PWM定时器如何触发ADC，实现电流采样同步

做电机控制的朋友都知道，电流采样是闭环控制的眼睛。但很多人一开始都会遇到一个问题：明明ADC采到了电流值，算出来的力矩却忽大忽小，电机跑起来一顿一顿的。

问题出在哪？大概率是采样时机没选对。

这一章我们就来聊聊，怎么用PWM定时器精准触发ADC，让电流采样和PWM开关动作保持同步。说白了，就是让ADC在“对的时间”干活。

2.1 为什么需要同步采样？

先看一个实际场景。三相逆变器驱动电机时，PWM在不停地开关。每次开关都会在母线上产生电流纹波和尖峰。如果你让ADC随便找个时间点采样，很可能采到的是纹波的波峰或波谷，而不是真实的平均电流。

我在项目里遇到过这种情况：用同一个电机跑同样的负载，不同批次的板子测出来的电流值能差20%。查了半天，发现是采样触发源配置不一样，导致采样点落在了不同的纹波位置上。

所以，同步采样的核心目标就两个：

• 避开开关噪声——不在开关动作瞬间采样
• 采到相电流中心值——在PWM载波波峰或波谷处采样，此时电流纹波最小，最接近真实值

2.2 PWM定时器的内部结构

要理解触发机制，得先看看PWM定时器长什么样。以STM32的通用定时器为例，它的核心部件包括：

部件	作用	与ADC触发的关系
计数器 (CNT)	从0向上计数到ARR，然后归零	计数过程就是载波周期
自动重装载寄存器 (ARR)	决定PWM周期	ARR值决定ADC触发频率
比较寄存器 (CCRx)	与CNT比较，产生PWM边沿	可配置为ADC触发源
触发输出 (TRGO)	定时器事件输出信号	直接连接到ADC的触发输入

你想想看，计数器从0走到ARR，再跳回0，这个过程就是一次完整的PWM载波周期。在这个周期里，我们可以选择任意一个时间点，让定时器发出一个触发信号给ADC。

2.3 三种常见的触发模式

根据项目经验，我总结出三种最常用的触发方式。每种都有它的适用场景。

2.3.1 更新事件触发 (UP事件)

计数器溢出归零时产生更新事件。这个事件通过TRGO输出，直接触发ADC。

• 触发时机：载波波谷（计数器=0）
• 优点：配置最简单，只需设置定时器的更新事件输出
• 缺点：采样点固定，无法灵活调整
• 适用场景：对采样时序要求不高的低速电机

// STM32 HAL库配置示例：更新事件触发ADC
htim1.Instance = TIM1;
htim1.Init.Period = 1000 - 1;  // PWM周期
// 使能更新事件TRGO输出
HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim1, 
    TIM_TRGO_UPDATE);  // 更新事件作为触发输出

2.3.2 比较事件触发 (OCxREF)

当计数器值与某个CCR寄存器相等时，产生比较事件。这个事件也可以作为TRGO输出。

• 触发时机：载波周期内的任意位置（由CCR值决定）
• 优点：采样点可编程，灵活度高
• 缺点：需要额外占用一个比较通道
• 适用场景：需要避开特定噪声窗口的高性能控制

2.3.3 双触发模式 (更新+比较)

有些高端定时器支持在一个周期内产生两次触发：一次在波谷（更新事件），一次在波峰（比较事件）。

• 触发时机：载波波谷和波峰各一次
• 优点：采样率翻倍，适合高速电机
• 缺点：ADC转换速度要够快，否则会丢数据
• 适用场景：需要双采样进行纹波重构的场合

2.4 触发信号的硬件路径

光配置好定时器还不够，你得确保触发信号能正确到达ADC。不同芯片的路径不太一样，但大体结构是类似的。

下面这张图展示了典型的信号流向：

2.5 配置实战：以STM32G4为例

纸上谈兵没意思，我们直接上手配置。以STM32G4系列为例，它内部有专门的HRTIM（高分辨率定时器），触发ADC的方式更灵活。但基本原理和普通定时器是一样的。

下面是一个完整的配置流程：

1. 配置PWM定时器——设置周期、死区、互补输出
2. 选择触发源——决定用更新事件还是比较事件
3. 配置ADC触发输入——选择对应的定时器TRGO作为触发源
4. 设置采样时间——确保ADC能在触发后完成转换
5. 启动同步——先启动定时器，再使能ADC

// 完整配置示例：比较事件触发ADC，采样点设在PWM中间
void PWM_ADC_Sync_Init(void)
{
    // 1. 配置TIM1，PWM频率20kHz，中心对齐模式
    TIM1->ARR = 1000 - 1;          // 20kHz @ 20MHz时钟
    TIM1->CCR1 = 500;              // 50%占空比
    TIM1->CCMR1 = TIM_CCMR1_OC1M_1 | TIM_CCMR1_OC1M_2;  // PWM模式1
    TIM1->CR1 = TIM_CR1_CMS_1;     // 中心对齐模式
    
    // 2. 配置比较事件作为TRGO
    // 使用CCR2作为触发比较值，设为ARR/2 = 500
    TIM1->CCR2 = 500;
    TIM1->CR2 = (5 << 4);          // TRGO选择：OC2REF
    
    // 3. 配置ADC1，由TIM1 TRGO触发
    ADC1->CFGR2 = 1 << 4;         // 触发源选择：TIM1_TRGO
    ADC1->CFGR1 = ADC_CFGR1_EXTEN_0;  // 上升沿触发
    
    // 4. 设置采样时间，确保在PWM周期内完成
    ADC1->SMPR = 7;                // 采样周期：640.5个ADC时钟
    
    // 5. 启动
    TIM1->CR1 |= TIM_CR1_CEN;      // 启动定时器
    ADC1->CR |= ADC_CR_ADEN;       // 使能ADC
}

2.6 采样时序的精确计算

配置写好了，但你真的确定采样点落在正确的位置吗？我建议你算一下时序。

假设PWM频率20kHz，中心对齐模式，ADC时钟40MHz：

参数	值	说明
PWM周期	50μs	1/20kHz
载波半周期	25μs	从0到ARR的时间
触发点设置	CCR2 = 500	对应半周期中点
ADC采样时间	16μs	640.5个ADC时钟 @ 40MHz
采样窗口余量	9μs	25μs - 16μs，足够避开开关边沿

从表格可以看出，采样点设在半周期中点，采样窗口有9μs的余量，完全避开了开关动作产生的噪声区间。这个时序是安全的。

2.7 多通道采样的同步问题

做FOC控制时，通常需要同时采集两相电流（比如U相和V相）。如果ADC只有一个转换器，就得用注入组或规则组轮流转换。

这里有个细节：注入组可以打断规则组的转换。如果你用规则组做常规采样，用注入组做同步电流采样，那么注入组的优先级更高，能保证在触发信号到来时立即响应。

我个人习惯的做法是：

• 规则组：采集母线电压、温度等慢速信号
• 注入组：采集两相电流，由PWM定时器触发

这样既保证了电流采样的实时性，又不耽误其他信号的采集。

2.8 常见问题与排查方法

最后，分享几个我在项目中遇到的实际问题，以及排查思路。

现象	可能原因	排查方法
ADC不启动转换	触发极性配置错误	用示波器抓TRGO引脚，检查电平变化
电流值跳动大	采样点落在开关噪声区	调整触发点位置，避开开关边沿
两相电流不同步	注入组通道配置顺序错误	检查注入组序列寄存器，确保两相连续转换
采样值偏小	采样时间不足，电容未充满	增大ADC采样周期，或降低ADC时钟

嗯，这一章的内容就到这里。PWM触发ADC这件事，说复杂也复杂，说简单也简单。核心就是记住一句话：让ADC在PWM周期里最安静的时刻干活。只要抓住这个原则，配置起来就不会跑偏。