<h3>*1、项目功能介绍</h3> <p>本项目自研<strong>三相电压电流高精度同步采样板</strong>，面向电机控制方向入门研究生，打造一套标准化、易复刻的永磁同步电机FOC控制采样参考方案，针对性解决新手自主设计电机驱动采样电路时存在的器件选型混乱、布线不合理、共模干扰大、采样零点漂移、ADC量程匹配错误、调试周期过长等痛点问题。</p> <p>电路设计层面：完成三相相电流分流采样电路、母线总电压采集电路设计，采用差分运算放大器做信号调理，搭配二阶RC抗混叠滤波、±3.3V双向钳位保护、1.65V单电源电平抬升电路，完美适配DSP、MCU 3.3V ADC输入范围；在PCB设计上严格区分功率大电流回路与模拟弱信号采样回路，做分割地、单点接地布局优化，抑制开关电源、PWM高频带来的电磁干扰，提升采样信噪比；预留标准化端子接口，可直接对接TMS320F28335、GD32F4等主流电机控制主控芯片。</p> <p>算法与软件配套层面：编写ADC同步触发多通道采样配置程序、采样零点自动校准算法、温漂补偿逻辑，配套电流闭环整定、过流故障判断、母线电压监测等底层例程代码，入门研究生可直接基于本采样板开展FOC磁场定向控制实验，快速完成电流环调试、参数辨识、故障保护等电机控制基础课题研究。</p> <p>整体为电机控制初学者提供一套可直接打板焊接、快速上手调试的硬件参考模板，大幅降低三相电机控制系统入门门槛，缩短前期电路设计、硬件调试、算法验证周期。</p> <h3>*2、项目属性</h3> <p>本项目为自主原创拓展作品，并非基于官方赛题复刻开发。</p> <ol> <li><strong>公开性</strong>：本项目为首次对外公开提交，此前未在网络平台、赛事渠道完整发布原理图、PCB、程序代码等全部设计资料；</li> <li><strong>原创性</strong>：整体电路原理图、PCB布局布线方案、采样校准算法程序均由本人独立设计编写，核心采样拓扑为自主优化改版，未全盘照搬现有商用成品或开源方案；</li> <li><strong>参赛经历</strong>：本项目此前未参与任何学科竞赛、电子设计类赛事，无过往参赛及获奖记录；</li> <li><strong>校内答辩情况</strong>：本项目未参与校内课程设计答辩、毕业设计答辩、课题中期/结题答辩等校内汇报场景。</li> </ol> <h3>*3、开源协议</h3> <p>本项目选择 <strong>GPLv3.0 开源协议</strong> 进行开源，项目核心硬件采样电路、采样校准算法代码、配套调试文档整体开源占比超90%，满足核心功能开源80%以上要求。</p> <ol> <li><strong>开源核心内容</strong>：三相电压电流采样板立创EDA原理图、PCB工程文件、完整BOM物料清单、ADC同步采样驱动源码、零点校准算法程序、焊接调试手册、误差测试报告；</li> <li><strong>非开源界定</strong>：无不可替代的闭源核心模块，仅预留后续自定义拓展的预留电路未做深度开发，不影响项目核心采样功能的完整复现；</li> <li><strong>引用说明</strong>：本项目为完全原创设计，未直接照搬第三方开源项目的电路、代码作为项目核心功能，未直接采用成品通用模块实现核心采样逻辑；</li> <li><strong>协议约束说明</strong>：任何人可免费下载、打板、学习、修改本项目全部开源资料；修改后的衍生作品如需公开发布、分发，必须同样采用GPLv3.0协议开源，并标注原项目来源与作者署名；禁止去除原作者版权声明后闭源商用倒卖、申请专利软著时隐瞒开源基础；所有衍生项目必须延续相同开源协议约束，原作者不对硬件调试、电机试验产生的设备损坏、人身安全风险承担担保责任。</li> </ol> <h3>*4、硬件部分</h3> <h4>工作原理</h4> <ol> <li><strong>电流采样回路</strong>：采用高精度低温漂分流电阻采集三相绕组瞬时电流，将电流信号转换为微弱差分电压信号送入运算放大器，抑制长线共模干扰；经过二阶RC低通滤波滤除PWM高频载波噪声，再通过电平抬升电路将双极性电流信号转换为0\~3.3V单极性电压，配合双向稳压二极管钳位保护后，送入主控ADC引脚完成模数转换。</li> <li><strong>电压采样回路</strong>：采用高精度电阻分压网络采集直流母线电压，经过电压跟随器缓冲、低通滤波、输入钳位后送入ADC，实时监测母线电压幅值，实现过压、欠压故障判断。</li> <li><strong>抗干扰设计</strong>：PCB采用模拟地与功率地分割布局，单点通过磁珠连接；采样信号线做差分等长布线，远离功率走线、功率电感、电解电容等强干扰源，降低开关电磁耦合带来的采样噪声。</li> <li><strong>供电设计</strong>：板载LDO线性稳压芯片，为运放及模拟回路提供干净的模拟电源，减少电源纹波噪声对采样精度的影响。</li> </ol> <h4>调试方法</h4> <ol> <li><strong>静态零点调试</strong>：上电空载状态下读取ADC采样原始值，记录三相电压、电流零点偏移量，写入程序做静态偏移补偿。</li> <li><strong>信号幅值校准</strong>：外接标准可调电压源输入采样端口，拟合输入电压与ADC采样数值的对应曲线，修正采样比例系数，降低系统误差。</li> <li><strong>带载动态测试</strong>：对接三相逆变驱动板与永磁同步电机，电机带载运行状态下，观测三相电流采样波形的对称性、动态跟随效果，排查振荡、毛刺、相位偏移等问题。</li> <li><strong>抗干扰验证</strong>：对比PWM开关启停前后采样波形的噪声变化，验证接地、滤波电路的抗干扰效果。</li> </ol> <h4>注意事项</h4> <ol> <li>分流电阻焊接需保证引脚接触良好，虚焊会造成采样数值跳变、误差偏大；</li> <li>模拟地、功率地不可多处直接短接，否则会引入地环流，严重干扰采样精度；</li> <li>输入电压不得超过运放、钳位电路的耐压范围，防止器件击穿烧毁；</li> <li>接线时区分采样输入端口与主控ADC输出端口，避免反接烧毁主控芯片。</li> </ol> <h3>*5、软件部分</h3> <h4>整体程序架构</h4> <p>软件基于TI CCS / Keil MDK开发，整体分为5个功能模块：ADC初始化配置模块、多通道同步触发采样模块、采样零点校准算法模块、数据滤波处理模块、串口数据上传调试模块。</p> <ol> <li><strong>ADC初始化模块</strong>：配置ADC时钟、采样序列、多通道同步触发模式，配置采样触发源为EPWM同步触发，实现电压、电流的同步采样。</li> <li><strong>同步采样模块</strong>：配置DMA自动搬运采样结果，减少CPU占用，实时读取三相电流、母线电压原始采样值。</li> <li><strong>零点校准算法模块</strong>：上电后自动多次采集空载采样均值作为零点偏移量，实时对采样数据做偏移补偿，消除运放温漂、电路静态偏置带来的误差。</li> <li><strong>数据滤波模块</strong>：采用一阶滑动平均滤波对采样值降噪，抑制高频随机噪声，提升采样稳定性。</li> <li><strong>串口调试模块</strong>：定时将处理后的电压、电流数据通过串口上传至上位机，方便波形观测、数据分析与调试。</li> </ol> <h4>编译环境与烧录方法</h4> <ol> <li>DSP（TMS320F28335）版本：编译环境为Code Composer Studio CCS12，仿真器采用XDS100v2，通过JTAG接口连接开发板，可一键完成编译、下载与烧录。</li> <li>GD32版本：编译环境为Keil MDK5，搭载GD-Link调试器完成程序的编译、下载与在线调试。</li> <li><strong>源码结构</strong>：工程包含底层寄存器驱动文件、采样算法源文件、参数配置头文件、串口驱动文件，模块化划分清晰，便于修改与移植。</li> <li><strong>使用流程</strong>：编译工程→连接仿真器→下载固件→上电自动运行采样校准→串口输出实时采样数据。</li> </ol> <h3>*6、BOM清单</h3> <table> <tr> <th>序号</th> <th>元器件名称</th> <th>型号</th> <th>封装</th> <th>品牌</th> <th>数量</th> <th>用途说明</th> <th>采购渠道</th> </tr> <tr> <td>1</td> <td>运算放大器</td> <td>TL082ID</td> <td>SOP-8</td> <td>TI</td> <td>3</td> <td>差分信号调理、电压跟随</td> <td>立创商城</td> </tr> <tr> <td>2</td> <td>精密分流采样电阻</td> <td>0.02Ω 2W</td> <td>TO-252</td> <td>国巨</td> <td>3</td> <td>三相电流采集转换</td> <td>立创商城</td> </tr> <tr> <td>3</td> <td>线性稳压LDO</td> <td>AMS1117-3.3</td> <td>SOT-223</td> <td>合泰</td> <td>1</td> <td>板载模拟电源供电</td> <td>立创商城</td> </tr> <tr> <td>4</td> <td>稳压二极管</td> <td>BAT85</td> <td>SOD-123</td> <td>安森美</td> <td>6</td> <td>ADC输入双向钳位保护</td> <td>立创商城</td> </tr> <tr> <td>5</td> <td>薄膜精密电阻</td> <td>1kΩ/10kΩ/20kΩ 0.1%</td> <td>0805</td> <td>国巨</td> <td>若干</td> <td>分压、偏置、滤波电路</td> <td>立创商城</td> </tr> <tr> <td>6</td> <td>陶瓷电容</td> <td>100nF、1nF</td> <td>0805</td> <td>风华高科</td> <td>若干</td> <td>RC滤波、电源去耦</td> <td>立创商城</td> </tr> <tr> <td>7</td> <td>电解电容</td> <td>10μF/16V</td> <td>0805</td> <td>江海</td> <td>2</td> <td>电源低频滤波</td> <td>立创商城</td> </tr> <tr> <td>8</td> <td>磁珠</td> <td>0603 600Ω@100MHz</td> <td>0603</td> <td>村田</td> <td>1</td> <td>模拟地功率地隔离降噪</td> <td>立创商城</td> </tr> <tr> <td>9</td> <td>排针插座</td> <td>2.54mm直插排针</td> <td>直插</td> <td>国产</td> <td>若干</td> <td>外部信号、主控接口转接</td> <td>立创商城</td> </tr> </table> <h3>*7、大赛LOGO验证</h3> <p>已将本次立创电子设计大赛官方LOGO布置在PCB板丝印层，放置于采样板边角空白区域，丝印尺寸清晰规整，不占用布线空间、不遮挡元器件焊盘。PCB打板焊接完成后，将拍摄包含PCB实物与丝印大赛LOGO的实拍图上传至本栏目，满足赛事LOGO核验要求。</p> <h3>*8、演示您的项目并录制成视频上传</h3> <h4>视频规格</h4> <p>横屏拍摄，分辨率1920×1080，MP4格式，文件大小控制在80M以内，满足平台上传限制。</p> <h4>视频标题</h4> <p>立创电赛：《三相电压电流同步采样板（电机控制入门参考方案）》-项目整体演示</p> <h4>视频内容分段</h4> <ol> <li>开篇介绍项目设计背景、解决的行业痛点、整体设计思路；</li> <li>PCB实物展示、板载器件功能讲解、硬件接线方式演示；</li> <li>静态空载采样测试，展示零点校准效果与串口实时采样数据；</li> <li>搭载电机驱动带载实测，通过示波器抓取三相电流采样波形，验证采样对称性与动态跟随性能；</li> <li>抗干扰对比测试、误差数据分析、项目总结与开源说明。</li> </ol> <h4>人气冲榜规划</h4> <p>视频制作完成后，除在赛事平台上传外，同步投稿至B站、微信视频号，参与赛事人气冲榜活动，扩大项目曝光度。</p>