一种电机控制单电阻采样方法与流程

本发明涉及电子技术领域，特别涉及一种在电机控制领域被广泛采用的单电阻采样方法。

背景技术：

据统计，全球60％的电力消耗都来源于电机，电机控制是一个多元而广阔的应用市场。通常地，为了能够采集到电机的相电流，我们使用3电阻采集方法，即在3相桥式电路的3个下桥臂分别串联3个采样电阻，利用svpwm(空间矢量pwm)的零矢量区阶段下桥臂的续流作用来获取电机的3相电流。为了放大电流，同时抑制电流的开关噪声，每个采样电阻都需要在后级使用一个运算放大器。那么总共需要3个采样电阻，3个运算放大器(有时候也使用2个运算放大器)，这对于一些成本敏感的领域，是无法接受的。因而单电阻技术(1-shunt)应运而生。顾名思义，单电阻技术就是使用1个采样电阻，一个运算放大器就可以实现电机3相电流采集的一种技术。单电阻技术除了能极大地降低方案的成本，同时也可以有效地提高电压的利用率，进而提升电机的高速运行能力。

单电阻采样技术对mcu外设要求极高，至少应具备以下三点：第一、pwm模块能够产生非对称的pwm波形。第二、在一个pwm周期内，任意时刻触发2次adc采集。第三、具备合理的adc结果获取的机制。对于第三点，通常又有三种主流的做法：1.只采用一个adc通道，开启adc转换完成的中断，每转换完成一次后，就去读取adc转换的结果(简称为中断法)；2.带dma功能的mcu，可使用dma数据传输功能在后台将adc转换结果存放在buffer里(简称为dma法)；3.同一个adc通道对应2级fifo(简称为fifo法，相当于2个结果寄存器)。

方法1的弊端在于会打断正在进行的foc电机算法的执行；方法2的弊端在于很多低端的mcu是不带dma功能的，因为会增加mcu的成本；方法3的弊端在于一旦出现干扰信号使fifo的指针出错，那么数据就会全部乱掉，从而导致电机运行出错。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种电机控制单电阻采样方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：包括中微m0芯片；所述中微m0芯片包括运放模块、pwm模块和adc采样模块；

所述的单电阻采样方法包括以下步骤：

(1)m0芯片的adc通道分为内部通道和外部通道，m0芯片的运放输入引脚与采样电阻电性连接，m0芯片的运放输出引脚与外部adc输入端相连，选用运放opa0作为用于放大流过单电阻上的电流信号；

(2)选择m0芯片内置pwm计数器(cnt0～cnt5)的向上计数边沿或者向下计数边沿的任意一个时刻作为触发时刻，产生触发事件；

(3)m0芯片内置的两个数字比较器的输出分别连接内部adc通道和外部adc通道

(4)m0芯片的内部adc通道和外部adc通道分别连接各自的结果寄存器。

优选的：m0芯片的运放输出引脚同时作为运放的输出脚和外部adc输入通道时，m0芯片的内部开关s5闭合。

优选的：数字比较器0和数字比较器1都选择pwm的计数器cnt0的向下计数边沿作为比较触发。

优选的：运放opa0的输出配置为内部adc通道通过内部线路连接到an30通道，结果寄存在寄存器adcdata30；运放opa0的输出引脚配置为外部adc通道，结果寄存在寄存器adcdata02。

优选的：数字比较器0的输出事件用于触发an30通道，数字比较器1的输出事件用于触发an02通道。

本发明的有益之处在于：基于中微半导体最新的m0内核的芯片独有的引脚复用技术和adc内部通道技术，通过中微mo芯片的一个引脚(op_o/adc_ch2)对应两个adc通道，相应地也有两个adc结果寄存器，在采样的过程中可以将两次采样的结果分别寄存在两个adc结果寄存器中，避免了采用中断法需要进入adc中断服务子程序去读取adc转换的结果，从而打断电机控制算法执行的弊端；也避免了fifo法出现异常导致adc存储结果顺序出错的问题。从而使得采样过程稳定，得到准确的adc采样结果，电机控制算法的实施也更加流畅；采用中微mo芯片实现单电阻采样成本更低，应用更加广泛。

附图说明

图1为中微mo芯片内部架构；

图2为两个内置数字比较器组成的adc触发源；

图3为流畅的电机控制算法执行时序。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

中微m0mcu内置2个通用运算放大器，2个adc模块(1个低速100kspsadc(adc0)，一个高速2mspsadc(adc1))。adc输入通道可选择外部引脚输入，也可选择直接连接芯片内部的信号，比如运放0/1的输出，pga0/1的输出。假定选择运放0放大流过采样电阻的电流，那么可选择内部adc通道来读取运放0的输出电压。同时运放0的输出引脚又可以复用成其他的外部adc通道。这样的话，相当于2个adc通道就可以完美地实现单电阻技术。

如图1所示，是本发明所采用的中微m0芯片的内部架构，adc通道分为内部通道和外部通道，其中an00/an01/an02属于外部通道，an30属于内部通道，opa为中微mo芯片内置的运算放大器，运算放大器的输入引脚与采样电阻电性连接，运放的输出端直接从芯片内部连接到an30通道，此时s1闭合，即可连接到中微mo芯片内置的adc采样模块上，内部adc通道对应的结果寄存器为adcdata30，可将一次采样的结果寄存在adcdata30寄存器中。

opa的输出引脚，即adc_ch2与外部adc采样芯片相连接，构成外部adc通道，此时s5闭合，当adc转换后，将adc转换结果寄存在外部adc通道对应的结果寄存器adcdata02中。

这样就可以在不需要进入中断程序来读取adc转换结果，电机控制算法的执行不会被其他事件打断，且不会因为出现异常原因导致adc触发事件出错，从而导致adc结果对应关系出错的问题。

如图2所示是两个内置数字比较器组成的adc触发源，可以选择pwm计数器(cnt0～cnt5)的向上计数边沿或者向下计数边沿的任意一个时刻作为触发时刻，产生触发事件；本发明的数字比较器0和数字比较器1都选择pwm0的计数器cnt0的向下计数边沿作为比较触发。

pwm模块一般具有pwm周期寄存器、计数器和比较寄存器，软件设定周期寄存器和比较寄存器后，启动计数器，计数器从0开始加1计数，当计数器的值小于比较寄存器的值时，pwm模块输出低电平，大于等于比较寄存器时，pwm模块输出高电平，当计数器的值等于pwm周期寄存器的值时，计数器清零，重新从0开始加1计数，这样可以周期性的产生pwm脉冲。

数字比较器0的输出事件用于触发an30通道，adc转换结果存放在adcdata30结果寄存器中；数字比较器1的输出事件用于触发an02通道，转换结果存放在adcdata02结果寄存器中。

如图3所示是流畅的电机控制算法执行时序。其中黑框部分为进入pwm的零点中断服务子程序后读取adc结果寄存器中的值(adcdata30，adcdata02)；虚线部分为电机控制算法执行。从图中我们可以清楚地看到，电机控制算法一直在持续运行，没有受到任何外部事件的打断。

本发明的采样方法采用3个主要函数控制程序，包括：epwm_config(),adc_config(),epwm_irqhandler()

函数epwm_config()的作用是配置芯片的pwm模块，使之产生3组互补的pwm波形输出，为了满足单电阻采样的需求，这3组pwm输出采用非对称的方式(单电阻采样的需求，可参考相关文献，这里就不赘述)该函数的具体设置步骤为：

(1)将6路pwmio口设置为普通输出口，根据外围驱动和mos的特性，输出相应的高低电平；

(2)将pwm的计数时钟设置为上下计数模式，非对称互补输出模式(单电阻采样算法对pwm的要求)；

(3)设置pwm的计数时钟，时钟频率越高，pwm占空比的变化量越小，占空比的调节越细腻(本案采用48mhz)；

(4)设置pwm周期寄存器，即配置电机运行的载波频率；

(5)设置pwm的占空比寄存器的初始值；

(6)设置pwm的死区时间(根据不同mos进行调整)；

(7)设置pwm计数器的加载方式，通常采用自动加载模式；

(8)设置pwm的中断(本案采用零点中断)及优先级；

(9)设置数字比较器dcmp0/1的触发条件(本案选择pwm计数器0的下降沿，且与cmptgdat0/cmptgdat1的值匹配时产生触发条件)；

(10)启动pwm计数器。

函数adc_config的作用是配置芯片的adc模块，主要是将adc触发条件设置为硬件触发(epwm计数比较器0/1)，该函数的具体设置步骤为：

(1)配置adc模块的工作时钟(本案采用12mhz)；

(2)选择adc模块的输入通道(本案选择an02和an30通道)；

(3)an02通道的触发条件设置为epwm计数比较器0；

(4)an30通道的触发条件设置为epwm计数比较器1；

(5)启动adc模块，开始进行adc转换。

至此adc模块配置完成，即可在非对称pwm下降沿的任何位置设置触发条件(在具体的实施过程中，不断地更改cmptgdat0/cmptgdat1的值)。

函数epwm_irqhandler()是pwm中断服务子程序，本案中采用pwm的零点中断，即pwm计数器的零点到来后，自动进入中断服务子程序，该函数的具体实施步骤为：

(1)读取adc转换结果(本案中需要读取an02和an30的adc转换结果)；

(2)通过电流重构函数，计算出电机u,v,w3相电流；

(3)执行电机控制算法(由于adc模块没有设置中断，电机控制算法在整个执行过程中不会被打断)。

上述实施方式是优选的实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。