PWM开关影响ADC采样值突变问题

Question

主控：STM32F405RGT6
使用STM32CubeMX进行硬件配置：
ADC1的1(PA1)，2(PA2)，3(PA3)通道独立模式采样，TIM8控制采样率为200 kHz（时钟168MHz），DMA循环采样模式，双缓冲，每个通道15CyCles+12Cycles（时钟21MHz）；
ADC2的6(PA6)通道进行温度采样，软件触发，3Cycles+12Cycles（时钟21MHz）；
TIM2输出PWM(PA5)，40 Hz控制，占空比~16%，时钟84MHz

在实际测试过程中，PWM脉冲会影响ADC1的采样，PWM的频率为40Hz，即25ms周期，而ADC1的每个通道一个半缓冲4000点的时间为20ms，ADC1连续采样。经示波器以及软件测试，明确了是PWM的上升沿和下降沿影响了ADC1采样，在这两个瞬时时刻会产生采样值突变，请问这个要怎么解决呢？

Answer 1

让 “紫雾凌寒” 来帮你回答,本回答结合 DeepSeek

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1. 关键点分析：
   - 问题核心在于PWM开关导致ADC采样值突变。STM32F405RGT6中，ADC1的多个通道独立采样，TIM8控制采样率，出现这种突变现象可能涉及到PWM信号与ADC采样之间的干扰。
   - 可能原因包括：PWM信号的高频谐波影响了ADC输入引脚的信号质量，导致采样值异常；ADC采样时的时序与PWM信号的开关动作存在冲突等。
2. 解决方案：
   - 硬件滤波：
   • 在ADC输入引脚（PA1、PA2、PA3）上添加硬件滤波器。例如，可以使用低通滤波器来滤除PWM信号的高频成分。简单的RC低通滤波器电路如下：
     c // 假设R = 10kΩ，C = 1uF const float R = 10000.0f; const float C = 0.000001f; float fc = 1.0f / (2.0f * 3.14159f * R * C); // fc为截止频率，根据实际情况调整，一般要低于PWM信号频率的一半
   • 连接方式：将电容一端连接到ADC输入引脚，另一端接地，电阻一端连接到ADC输入引脚，另一端连接到VCC。
   • 优化采样时序：
   • 确保ADC采样在PWM信号稳定的时间段内进行。可以通过TIM8的中断或者DMA传输来控制采样时机。
   • 例如，在TIM8的中断服务函数中启动ADC采样：
     c void TIM8_IRQHandler(void) { if(__HAL_TIM_GET_FLAG(&htim8, TIM_FLAG_UPDATE)!= RESET) { __HAL_TIM_CLEAR_FLAG(&htim8, TIM_FLAG_UPDATE); // 启动ADC采样 HAL_ADC_Start(&hadc1); } }
   • 同时，在ADC的DMA传输完成回调函数中处理采样数据，避免在PWM信号切换时进行数据处理：
     c void HAL_ADC_ConvCpltCallback(ADC_HandleTypeDef* hadc) { // 处理ADC采样数据 uint32_t adc_value = HAL_ADC_GetValue(hadc); // 进行后续数据处理 }
   • 电磁屏蔽：
   • 将ADC引脚和PWM信号走线进行合理布局，尽量减少相互干扰。可以使用金属屏蔽罩来屏蔽电磁干扰。
   • 在STM32CubeMX中，合理规划引脚的电气层和布线规则，例如将ADC引脚和PWM相关引脚分开不同的层或者区域。
3. 多种解决方案的优缺点：
   - 硬件滤波：
   • 优点：简单直接，能有效滤除高频干扰信号，对PWM信号的干扰有较好的抑制作用。
   • 缺点：会影响信号的上升和下降沿速度，可能导致信号失真，并且截止频率的选择需要根据实际情况调试，不合适的参数可能无法达到理想效果。
   • 优化采样时序：
   • 优点：从软件层面解决问题，不改变硬件电路，灵活性高，可以根据不同的PWM频率和ADC采样需求进行调整。
   • 缺点：对程序的时序要求较高，如果时序控制不当，仍然可能无法完全解决问题，并且需要对PWM和ADC的工作原理有深入理解才能正确实现。
   • 电磁屏蔽：
   • 优点：从根本上减少电磁干扰的影响范围，能有效降低干扰的可能性，对整个系统的电磁兼容性有较大提升。
   • 缺点：需要增加硬件成本，并且在硬件设计阶段就需要考虑屏蔽措施，后期更改难度较大。
4. 总结：
   - PWM开关影响ADC采样值突变是一个在STM32系统中常见的电磁干扰问题。通过硬件滤波、优化采样时序和电磁屏蔽等多种方法，可以有效地解决这个问题。在实际应用中，需要根据具体情况综合考虑各种方法的优缺点，选择最合适的解决方案来确保ADC采样的准确性和稳定性。例如，如果硬件成本允许且干扰较为严重，可以优先考虑电磁屏蔽；如果对硬件改动要求小，可以先尝试优化采样时序，再结合硬件滤波来解决问题。

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