一、STM32G4 電機外設篇（二） VOFA + ADC + OPAMP

1 VOFA

1.1 VOFA上位機顯示波形

• 通訊協議
  1. JustFoat 只上傳浮點數，0000807f結尾
     因為用DMA傳輸數據，更快
  2. FireWater 只用printf實現，比較慢
     
• 這里選用第一種方式來實現
• 打開之前文章生成的Keil
  在/* USER CODE BEGIN PV */中添加如下代碼

extern DMA_HandleTypeDef hdma_usart3_tx;
uint8_t DataB1[32] = "LED1 Toggle\r\n";
uint8_t DataB2[32] = "LED2 Toggle\r\n";
uint8_t DataB3[32] = "LED1 and LED2 open\r\n";#define RXBUFFERSIZE 256
char RxBuffer[RXBUFFERSIZE];
uint8_t aRxBuffer;
uint8_t Uart1_Rx_Cnt;float temp[1];
static uint8_t tempData[8] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0x80, 0x7F};

在 /* USER CODE BEGIN WHILE */中添加如下代碼

while(1)
{temp[0] += 0.01f;if(temp[0] > 6.28f){temp[0] = 0;}// printf("%f\r\n",temp[0]);memcpy(tempData, (uint8_t *)&temp, sizeof(temp));HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, (uint8_t *)tempData, 8);HAL_Delay(1);
}

• 按照之前的文章進行接線，然后編譯下載程序
• 打開vofa+，按照圖片操作連接串口，點擊控件按鈕，拖入左側表格控件，右鍵添加Y軸數據，滾輪調整圖標，就可以獲得如圖所示波形
  
• 可以用這個軟件的一些其它控件來調整電機的Kp Ki，做出一個電機的控制窗口

2 ADC

2.1 用ADC規則組對板載電壓和電位器進行采樣

• ADC是整個電機控制中非常重要的外設，涉及到母線電壓（VBUS）和三相電流的采樣，這兩者直接作用于電機控制的FOC環路，直接影響電機的運行穩定
• ADC的分類
  1. SAR ADC
  2. sigma delta ADC
  • 前者是逐次逼近的方法測值的，更快；后者是多次疊加的方法測量的，更加精準
• ADC有單端輸入和差分輸入模式，差分輸入模式在sigma delta ADC使用的更多，此處選擇單端輸入
• 配置ADC1和ADC2時鐘四分屏，12bit精度和右對齊
• ADC1和ADC2使能規則組轉換
  
  
• 點擊生成代碼，打開Keil工程
  在/* USER CODE BEGIN 2 */中添加如下代碼

 /* USER CODE BEGIN 2 */
HAL_UART_Receive_IT(&huart3, (uint8_t *)&aRxBuffer, 1);
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc1,ADC_SINGLE_ENDED);//自校驗，減少采樣誤差
HAL_ADCEx_Calibration_Start(&hadc2,ADC_SINGLE_ENDED);/* USER CODE END 2 */

• 在/* USER CODE BEGIN PV */中修改

float temp[2];
static uint8_t tempData[12] = {0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0x80, 0x7F};
/* USER CODE END PV */

• 在/* USER CODE BEGIN WHILE */中修改

while(1)
{HAL_ADC_Start(&hadc1);HAL_ADC_Start(&hadc2);temp[0] = HAL_ADC_GetValue(&hadc1);temp[1] = HAL_ADC_GetValue(&hadc2) * 0.02094726f; //根據分壓電阻計算memcpy(tempData, (uint8_t *)&temp, sizeof(temp));HAL_UART_Transmit_DMA(&huart3, (uint8_t *)tempData, 12);HAL_Delay(1);}/* USER CODE END WHILE */

• VBUS在采樣的時候一般要增加低通濾波器，電機在旋轉的時候，母線電容一直處于充放電狀態，大負載啟動的時候，會有瞬時的母線電壓補到母線電容中會導致波動，后面的實驗會增加這個濾波器
• 編譯下載程序
• 打開vofa上位機，復位開發板，連接上位機，實際效果如圖所示
  

3 OPAMP（運放）

3.1 結合STM32內部運放和ADC來完成對三相電流的采樣

• 打開之前的stm32cubemx項目

• 使能三個運放

  1. standalone模式，增益是外置的（選這個）
  2. follower 跟隨模式
  3. PGA 可編程增益模式，增益可以用軟件更改
     

• 使能兩個ADC中斷
  

• ADC配置，使能采樣通道，使能注入組
  
  

• 點擊生成代碼，打開Keil軟件

• 使能運放，在112行左右插入代碼

  /* USER CODE BEGIN 2 */HAL_OPAMP_Start(&hopamp1);HAL_OPAMP_Start(&hopamp2);HAL_OPAMP_Start(&hopamp3);

• 在 /* USER CODE BEGIN WHILE */的while循環中插入如下代碼

HAL_ADCEx_InjectedStart_IT(&hadc1);
HAL_ADCEx_InjectedStart_IT(&hadc2);//使能規則組轉換，并產生注入組中斷

• 在USER CODE 4中添加如下代碼

//注入中斷處理程序
void HAL_ADCEx_InjectedConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef *hadc)
{/*Prevent unused argument(s)compilation warning */UNUSED (hadc);if(hadc == &hadc1){temp[2] = hadc1.Instance->JDR1;temp[2] = (temp[2]-0x7ef)*0.193359375f;temp[3] = hadc1.Instance->JDR2;temp[3] = (temp[3]-0x7ef)*0.193359375f;}if(hadc == &hadc2){temp[4] = hadc1.Instance->JDR1;temp[4] = (temp[4]-0x7ef)*0.193359375f;}
}

3.2 運放電路分析

• R58,R59 作用是為了輸入的正向端和負向端輸入阻抗匹配
• R52，R53 為分壓電阻，作用是將輸入正向端電壓正向偏置1.65V
• R56與 R59 形成負反饋增益，運放整體增益計算如下
• 虛斷：OP1_VINP 輸入電壓為 Vin;
• 虛短：
  $$\frac{Vin}{R59}=\frac{Vout}{R59+R56}$$
  $$增益Gain=\frac{Vout}{Vin}=1+\frac{R56}{R59}$$
  
  
• 修改Temp數組為5大小，修改DMA傳輸24bit
• 編譯下載程序，實驗結果如下
  

附學習參考網址

1. STM32G4 FOC開發實戰
2. SAR ADC和sigma delta ADC的區別-CSDN博客
3. 【運放2】如何理解運放的虛短虛斷，他們有啥用？_嗶哩嗶哩_bilibili

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• 如果板子有時候沒反應就把電源都拔了重新接線上電，說不定就好了QAQ