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【嵌入式电机控制#34】FOC：意法电控驱动层源码解析——HALL传感器中断（不在两大中断内，但重要）

news 2025/8/21 17:55:03

一、中频任务

        中频任务挂在SYSTICK中断上，通过二层计时的方式将自己的周期变为SYSTICK周期（安全任务周期，500us）的整数倍。

        它的作用不是计算霍尔频率，而是执行速度PI。

        霍尔频率的采集还是由HALL中断完成。

                                          

二、霍尔捕获中断

        1. 整体逻辑

        

        在霍尔传感器输入捕获中断完成后，如果速度过低，就会进入霍尔更新中断。进入中断超过一定次数就会复位霍尔参数。

        如果此时速度正常， 则读取霍尔传感器引脚电平、计算转动方向并同步电角度，补偿霍尔安装误差，最后计算霍尔频率。

        2. 源码解析

        打开带有霍尔传感反馈功能的SDK代码，进入mc_it.c文件（所有驱动中断都在者）

        （1）霍尔捕获大中断函数

        输入捕获中断的一切都从这里开始

void SPD_TIM_M1_IRQHandler(void)
{#这两个判断条件里的函数负责根据速度给标志位，没有复杂作用if (LL_TIM_IsActiveFlag_UPDATE(HALL_M1.TIMx)){#电机转速过低，单片机不会正常处理，而是进入更新中断（速度判断在上面的函数里）LL_TIM_ClearFlag_UPDATE(HALL_M1.TIMx);#如果更新中断被触发了，则清除更新中断标志位，确保下一次正确HALL_TIMx_UP_IRQHandler(&HALL_M1);#更新中断对应的处理方式}if (LL_TIM_IsActiveFlag_CC1 (HALL_M1.TIMx)) {#如果转速正常则进入输入捕获中断LL_TIM_ClearFlag_CC1(HALL_M1.TIMx);HALL_TIMx_CC_IRQHandler(&HALL_M1);}
}

          （2）正常进入捕获执行中断

        因为FOC控制精度高，所以代码中可以直接用单次寄存器值求解霍尔频率。它所精确还原的是两次霍尔跳变之间的总计数次数N，取倒数后可化为霍尔频率

        代码比较长，但不要被吓到，我们慢慢梳理。（这里用#是为了文本美观）

void * HALL_TIMx_CC_IRQHandler( void * pHandleVoid )
{HALL_Handle_t * pHandle = ( HALL_Handle_t * ) pHandleVoid;TIM_TypeDef * TIMx = pHandle->TIMx;uint8_t bPrevHallState;uint32_t wCaptBuf;uint16_t hPrscBuf;uint16_t hHighSpeedCapture;################################计算电角度#################################if ( pHandle->SensorIsReliable ){/* A capture event generated this interrupt */bPrevHallState = pHandle->HallState; #读取上次的霍尔状态if ( pHandle->SensorPlacement == DEGREES_120 )  #当安装角度120时{#读霍尔状态pHandle->HallState  = LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H3Port, pHandle->H3Pin ) << 2    #读取霍尔通道Hn| LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H2Port, pHandle->H2Pin ) << 1| LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H1Port, pHandle->H1Pin );      }else{#60度安装时，交换两相位置并其中一相与1做异或，则能同步到120安装的电角度平面pHandle->HallState  = ( LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H2Port, pHandle->H2Pin ) ^ 1 ) << 2| LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H3Port, pHandle->H3Pin ) << 1| LL_GPIO_IsInputPinSet( pHandle->H1Port, pHandle->H1Pin );}#switch ( pHandle->HallState ){case STATE_5: if ( bPrevHallState == STATE_4 ) //上一次的状态值是4,则是正转方向{pHandle->Direction = POSITIVE;/* 默认 5就是电角度的0度(H1的上升沿),同步电角度作为0度的偏移值 */pHandle->MeasuredElAngle = pHandle->PhaseShift;// 电角度 = 同步电角度 }else if ( bPrevHallState == STATE_1 )// 否则是反转方向{pHandle->Direction = NEGATIVE;pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift + S16_60_PHASE_SHIFT );//同步电角度 + 60°}break;case STATE_1:if ( bPrevHallState == STATE_5 ){pHandle->Direction = POSITIVE;pHandle->MeasuredElAngle = pHandle->PhaseShift + S16_60_PHASE_SHIFT;// 同步电角度 + 60°}else if ( bPrevHallState == STATE_3 ){pHandle->Direction = NEGATIVE;pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift + S16_120_PHASE_SHIFT );}break;case STATE_3:if ( bPrevHallState == STATE_1 ){pHandle->Direction = POSITIVE;pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift + S16_120_PHASE_SHIFT );// 同步电角度 + 120°}else if ( bPrevHallState == STATE_2 ){pHandle->Direction = NEGATIVE;pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift + S16_120_PHASE_SHIFT +S16_60_PHASE_SHIFT );}break;case STATE_2:if ( bPrevHallState == STATE_3 ){pHandle->Direction = POSITIVE;pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift + S16_120_PHASE_SHIFT  // 同步电角度 + 120° + 60°+ S16_60_PHASE_SHIFT );}else if ( bPrevHallState == STATE_6 ){pHandle->Direction = NEGATIVE;pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift - S16_120_PHASE_SHIFT );}break;case STATE_6:if ( bPrevHallState == STATE_2 ){pHandle->Direction = POSITIVE;pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift - S16_120_PHASE_SHIFT );// 同步电角度 - 120°}else if ( bPrevHallState == STATE_4 ){pHandle->Direction = NEGATIVE;pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift - S16_60_PHASE_SHIFT );}break;case STATE_4:if ( bPrevHallState == STATE_6 ){pHandle->Direction = POSITIVE;pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift - S16_60_PHASE_SHIFT );// 同步电角度 - 60°}else if ( bPrevHallState == STATE_5 ){pHandle->Direction = NEGATIVE;pHandle->MeasuredElAngle = ( int16_t )( pHandle->PhaseShift );}break;default:/* Bad hall sensor configutarion so update the speed reliability */pHandle->SensorIsReliable = false;break;}#################################速度计算####################################if ( pHandle->FirstCapt == 0u ){##第一次捕获的数据是不可靠的，我们直接丢弃##pHandle->FirstCapt++;LL_TIM_IC_GetCaptureCH1( TIMx );}else{ ##防止霍尔频率量寄存器溢出，严谨处理####（虽然这种情况很少见，但是在有些超大转速电机上很有可能发生）##/* used to validate the average speed measurement */if ( pHandle->BufferFilled < pHandle->SpeedBufferSize ) {pHandle->BufferFilled++;}/* Store the latest speed acquisition */##获取此次定时器捕获值##hHighSpeedCapture = LL_TIM_IC_GetCaptureCH1( TIMx );// 定时器捕获值##把捕获量强转为u32，防止加入溢出次数后再次溢出LOL##wCaptBuf = ( uint32_t )hHighSpeedCapture; // uint16_t -> Uint32_t##获取此时的预分频hPrscBuf =  LL_TIM_GetPrescaler ( TIMx ); // 预分频值/* Add the numbers of overflow to the counter */##补上溢出值wCaptBuf += ( uint32_t )pHandle->OVFCounter * 0x10000uL;// 溢出计数##基于溢出标志位的预分频动态调节算法if ( pHandle->OVFCounter != 0u ) // 溢出{/* Adjust the capture using prescaler */ uint16_t hAux;hAux = hPrscBuf + 1u;##这里对应公式的Fclock*CNTsum/（CAP*PSC），分子还没参与运算##wCaptBuf *= hAux; ######下面是一段逻辑，实现避免分频系数被连续修改####if ( pHandle->RatioInc )##这是一个分频处理标志位，true表示此次已修改分频，下次不能再修改##false表示此次未修改分频，下次可以修改{pHandle->RatioInc = false;##此次虽然溢出，但为避免连续修改，把机会留在下一次 /* Previous capture caused overflow *//* Don't change prescaler (delay due to preload/update mechanism) */}else##此次溢出，而且上次没有修改分频，所以修改，并禁止下次溢出修改{if ( LL_TIM_GetPrescaler ( TIMx ) < pHandle->HALLMaxRatio ) /* Avoid OVF w/ very low freq */##修改前提是不得超过霍尔最大频率，定时器跑不了这么慢{LL_TIM_SetPrescaler ( TIMx, LL_TIM_GetPrescaler ( TIMx ) + 1 );##设置psc+1/* To avoid OVF during speed decrease */pHandle->RatioInc = true;  /* new prsc value updated at next capture only */}}}else ##如果没有溢出{/* If prsc preload reduced in last capture, store current register + 1 */#如果上次修改了预分频值，到此次还未生效，可以强制补偿一个1#原理：由于我们上次修改了psc，输出寄存器其实已经更新输出值了，但是影子寄存器的值并没有更改，换句话说就是我们get不到正确的psc，所以补偿1if ( pHandle->RatioDec ) /* and don't decrease it again */{/* Adjust the capture using prescaler */uint16_t hAux;#强制补偿1hAux = hPrscBuf + 2u;#进行霍尔频率运算 wCaptBuf *= hAux;   pHandle->RatioDec = false;}#没有溢出并且上一次没有修改预分频,说明可以调整预分频,提高定时器计数频率else  /* If prescaler was not modified on previous capture */{/* Adjust the capture using prescaler */#正常计算psc真实值uint16_t hAux = hPrscBuf + 1u;wCaptBuf *= hAux;   #捕获值小于阈值,说明计数频率比较慢,转速较快,可以修改预分频,提高计数频率,使捕获#值在一个合适的范围内if ( hHighSpeedCapture < LOW_RES_THRESHOLD ) /* If capture range correct */ {#禁止用预分频器超频if ( LL_TIM_GetPrescaler ( TIMx ) > 0u ) /* or prescaler cannot be further reduced */{#减少预分频系数，增大霍尔定时器计数频率LL_TIM_SetPrescaler ( TIMx, LL_TIM_GetPrescaler ( TIMx ) - 1 );/* Increase accuracy by decreasing prsc *//* Avoid decrementing again in next capt.(register preload delay) */pHandle->RatioDec = true;#dec位拉高，禁止下次触碰PSC}}}}#如果测出值小于最小周期值，则超速，这样测下去数据会无效if ( wCaptBuf < pHandle->MinPeriod ){pHandle->CurrentSpeed = HALL_MAX_PSEUDO_SPEED;#限幅pHandle->NewSpeedAcquisition = 0;#向算法层表示无新的转速数据可用！}else{##时间窗口滤波##// 减去累加器中的速度值,也就是队列中的第一个速度值,然后存入最后的速度值,再累加pHandle->ElSpeedSum -= pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx]; /* value we gonna removed from the accumulator */if ( wCaptBuf >= pHandle->MaxPeriod ) {##速度过慢则把速度直接当作0处理pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx] = 0; //设为0}else{pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx] = ( int16_t ) ( pHandle->PseudoFreqConv / wCaptBuf );#进行霍尔频率求解pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx] *= pHandle->Direction; #依据方向修改正负pHandle->ElSpeedSum += pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx];#电角度累加}/* Update pointers to speed buffer */pHandle->CurrentSpeed = pHandle->SensorSpeed[pHandle->SpeedFIFOIdx];//更新速度缓冲区的的值（速度在用FIFO存储）pHandle->SpeedFIFOIdx++; //更新索引if ( pHandle->SpeedFIFOIdx == pHandle->SpeedBufferSize ){//如果FIFO满了则重新置位pHandle->SpeedFIFOIdx = 0u;}/* Indicate new speed acquisitions */ #表示有新的速度可用了pHandle->NewSpeedAcquisition = 1;}/* Reset the number of overflow occurred */pHandle->OVFCounter = 0u;#清除溢出标志}}return MC_NULL;
}

三、HALL中断执行层框架

        请大家牢记以下框架，将是自己开发FOC最好的参考资料

        

http://www.xdnf.cn/news/1335295.html

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