国产化无人机电调：基于 AT32F421G8U7 比较器的 BLDC 无感转速测量方案全解析（上）

引言：无人机电调的 “无感” 革命与 AT32 的适配性

在无人机系统中，电子调速器（ESC）是连接飞控与无刷直流电机（BLDC）的 “桥梁”，其核心任务是精准控制电机转速，直接影响无人机的飞行稳定性、续航与操控响应。传统有感 BLDC 方案需额外安装霍尔传感器或编码器，不仅增加成本与重量，还降低了无人机在恶劣环境（如沙尘、振动）下的可靠性 —— 这也是 “无感 BLDC 方案” 成为主流的核心原因。

无感 BLDC 方案的关键在于无需外部传感器，通过电机自身的电气信号反推转子位置与转速，而 “反电动势过零检测法” 是最成熟、成本最低的无感方案。本文的核心主角 ——AT32F421G8U7（雅特力国产化 32 位 MCU），凭借内置高性价比的比较器模块（文档 3.17 节）、120MHz 主频（文档 2. 规格说明）、宽温工作范围（-40~+105℃，文档 4.4 节），完美适配无人机电调的 “低成本、高实时性、高可靠性” 需求。

本文将从原理到实践，全方位解析如何基于 AT32F421G8U7 的比较器模块实现 BLDC 无感转速测量，涵盖硬件设计、软件实现、工程调试与无人机电调落地，所有内容严格基于DS文档，确保方案的可行性与国产化适配性。

一、原理篇：读懂 BLDC 无感转速测量的 “核心密码”

要掌握比较器方案，需先理清 BLDC 电机的工作逻辑、反电动势的产生机制，以及过零检测与转速计算的内在联系 —— 这是后续硬件 / 软件设计的 “理论基石”。

1.1 BLDC 电机基础：从结构到换相的 “底层逻辑”

BLDC 电机（无刷直流电机）本质是 “电子换向的同步电机”，其核心是通过定子绕组的电流切换，驱动永磁转子旋转。理解以下 3 个核心点，即可掌握 BLDC 的工作原理：

核心概念	定义与作用	与转速测量的关联
电机结构	定子（3 组对称绕组，星形 / 三角形连接）+ 转子（永磁体，N/S 极交替）	绕组是反电动势的 “产生源”，转子位置直接决定反电动势的波形相位
换相逻辑	需按 “6 步换相法” 切换定子绕组电流（如 U→V→W→U…），每步对应 60° 电角度	换相点与反电动势过零点存在固定 30° 电角度差 —— 过零检测的核心就是 “捕捉这个差值，间接定位换相点”
电角度与机械角度	电角度 = 机械角度 × 极对数（P）；例：4 极电机（P=2），机械转 1 圈 = 720° 电角度	转速计算需结合极对数，过零间隔对应的是电角度变化，需转换为机械转速（rpm）

关键结论：BLDC 电机的转子位置与定子绕组的反电动势波形强相关 —— 只要能检测反电动势的 “特征点”（过零点），就能反推转子位置与转速，无需外部传感器。

1.2 反电动势：BLDC 的 “自带位置信号”

当 BLDC 电机旋转时，转子永磁体切割定子绕组，会在绕组两端产生 “反向电压”，即反电动势（Back EMF）。其特性完全匹配无感检测的需求，具体参数如下表：

反电动势特性	具体描述	对无感检测的意义
波形特性	近似正弦波 / 梯形波，与转子转速成正比（转速越高，反电动势峰值越大）	过零点位置固定（与转子磁极轴线对齐），可作为 “位置基准”
过零点定义	反电动势电压从 “低于零点” 跳变为 “高于零点”（上升沿）或反之（下降沿）的时刻	过零点对应转子磁极经过定子绕组轴线的瞬间，是转速计算的 “时间基准点”
与供电电压的关系	反电动势峰值 < 电机供电电压（否则电机无法加速）	需通过分压电路将反电动势降至 AT32 的安全输入范围（2.4~3.6V，文档 2. 规格说明）
未通电绕组的特性	电机运行时，未通电的绕组（悬空绕组）反电动势波形最完整，无电流干扰	过零检测需选择 “悬空绕组” 的反电动势 —— 这也是 “6 步换相法” 中过零检测的核心逻辑

通俗比喻：反电动势就像 BLDC 电机的 “呼吸”—— 转子每转一圈，3 相绕组的反电动势就会产生固定次数的 “呼吸起伏”（过零点），通过计数 “起伏间隔”，就能知道电机转得有多快。

1.3 过零检测：从 “电压对比” 到 “转速计算” 的桥梁

无感转速测量的核心是 “检测反电动势过零点”，而实现这一目标的关键工具，就是 AT32F421G8U7 的比较器模块。我们先理清 “过零检测” 的完整逻辑链：

1.3.1 过零检测的核心逻辑：“基准” 与 “信号” 的对比

反电动势本身是 “相对电压”，需一个 “零点基准” 才能判断 “过零”—— 这个基准就是电机中点电压（Vmid）。

• 若电机绕组为星形连接，可直接引出中点，Vmid = 电机供电电压（Vbat）/ 2（如 12V 供电，Vmid=6V）；
• 若电机无中点引出，需通过 “电源分压” 模拟 Vmid（如 2 个等值电阻对 Vbat 分压，再滤波）。

过零检测的本质的是：用比较器将 “反电动势（Vemf）” 与 “零点基准（Vmid）” 进行实时对比，当 Vemf 跨越 Vmid 时，即判定为 “过零时刻”。具体逻辑如下表：

比较器输入	输入信号来源	比较逻辑	过零判定结果
正极输入（INP）	BLDC 绕组反电动势（如 A 相）	Vemf（INP） > Vmid（INM） → 比较器输出高电平	上升沿过零（转子从 N 极→S 极）
负极输入（INM）	零点基准电压（Vmid）	Vemf（INP） < Vmid（INM） → 比较器输出低电平	下降沿过零（转子从 S 极→N 极）

1.3.2 转速计算：从 “时间间隔” 到 “rpm” 的转换

捕捉到过零时刻后，需通过 “时间间隔” 反推转速。核心公式基于 “电机转速与过零间隔成反比” 的关系，具体推导如下：

1.4 AT32F421G8U7 比较器：为何是 “无感方案的最优解”

AT32F421G8U7 内置 1 个轨到轨比较器（COMP）（文档 3.17 节），其特性完美匹配无人机电调的需求 —— 相比 “ADC 采样过零” 方案，比较器方案具有 “实时性高、CPU 占用低、抗干扰强” 的优势。

1.4.1 比较器核心特性（基于文档表 44）

文档 3.17 节明确了比较器的关键参数，这些参数直接决定过零检测的精度与可靠性，需在设计中重点关注：

参数名称	取值范围（文档表 44）	推荐配置	配置理由（无人机电调场景）
供电电压（VDDA）	2.4~3.6V	3.3V	与 AT32 主供电（VDD）一致，避免电压差导致的测量误差（文档 458 页：VDD 与 VDDA 最大差 300mV）
传播延迟（tD）	高速模式：40~100ns	高速模式	电调需快速响应转速变化（≤10ms），高速模式延迟最小，避免过零时刻捕捉偏差
迟滞电压（Vhys）	低迟滞：5~17mV	低迟滞	反电动势过零区域电压变化平缓，低迟滞可提高检测灵敏度；同时避免高迟滞导致的相位偏差
启动时间（tSTART）	高速模式：1.0~3.5μs	高速模式	电机启动时需快速进入过零检测状态，高速模式启动最快，避免启动阶段转速丢失
工作电流（IDDA）	高速模式：40~61μA	高速模式	无人机电调对功耗敏感，高速模式电流仅数十微安，无明显功耗压力

1.4.2 比较器 vs ADC：两种过零方案的对比

为何选择比较器而非 ADC？下表从 “无人机电调需求” 出发，对比两种方案的优劣：

对比维度	比较器方案（本文方案）	ADC 采样方案	结论（无人机电调场景）
实时性	硬件比较，延迟 40~100ns（文档表 44）	软件采样 + 数据处理，延迟≥10μs	比较器更优，满足电调 “毫秒级响应” 需求
CPU 占用	仅中断时占用 CPU（记录时刻）	需周期性采样 + 滤波 + 过零判断，占用高	比较器更优，释放 CPU 处理换相、PID 控制等核心任务
抗干扰能力	支持硬件迟滞（5~70mV），抗噪声强	需软件滤波，易受高频噪声干扰	比较器更优，适应无人机复杂电磁环境
硬件复杂度	仅需分压 + 滤波，电路简单	需多通道 ADC + 复杂软件算法	比较器更优，降低硬件成本与故障率

关键结论：在无人机电调的 “实时性、低功耗、抗干扰” 需求下，AT32F421G8U7 的比较器方案是 “性价比最高的无感选择”。

二、硬件篇：AT32F421G8U7 的 “硬件适配设计”

硬件是方案落地的基础，需严格遵循 AT32F421G8U7 的电气特性（文档 6.3 节）、引脚定义（文档表 5），设计反电动势采集、零点基准、保护电路，确保信号准确、硬件可靠。

2.1 核心引脚定义：AT32 与 BLDC 的 “信号连接”

根据文档表 5（引脚定义），AT32F421G8U7 的 PA0、PA1、PA4、PA5 引脚支持比较器功能，是无感转速测量的 “核心引脚”。需明确每个引脚的功能与硬件连接：

引脚编号	引脚名称	比较器通道（文档表 5）	核心功能	硬件连接方式	文档依据（关键特性）
PA0	GPIOA_0	COMP_INP2（正极输入）	A 相反电动势采集	经分压电路连接 BLDC A 相绕组	模拟模式下支持 0~3.3V 输入（文档表 5、6.3.13 节）
PA1	GPIOA_1	COMP_INP1（负极输入）	零点基准电压（Vmid）采集	经分压 + 滤波电路连接电机中点或电源分压点	模拟模式下无 5V 容忍性，需严格控制电压≤3.3V（文档 393 页）
PA4	GPIOA_4	COMP_INM4（正极输入）	B 相反电动势采集	经分压电路连接 BLDC B 相绕组	同 PA0，支持模拟输入（文档表 5）
PA5	GPIOA_5	COMP_INP0（正极输入）	C 相反电动势采集	经分压电路连接 BLDC C 相绕组	同 PA0，支持模拟输入（文档表 5）
NVIC 中断	COMP_IRQn	-	比较器过零中断	软件配置 NVIC 优先级，抢占优先级 1（高于普通外设）	文档 3.4 节（NVIC 支持 16 级优先级）

关键注意点：

• PA0/PA1/PA4/PA5 必须配置为 “模拟输入模式”（GPIO_MODE_ANALOG），此时引脚无 5V 电平容忍性（文档 393 页注），输入电压不得超过 VDDA+0.3V（即 3.6V），否则会损坏引脚；
• 比较器的 “正极输入（INP）” 可切换（A→B→C 相），“负极输入（INM）” 固定为 PA1（Vmid），需通过软件实现相位切换（后续软件篇详解）。

2.2 反电动势采集电路：“高压” 转 “安全信号”

BLDC 电机的反电动势峰值通常等于电机供电电压（如 12V、24V），远超 AT32 的 VDDA 范围（2.4~3.6V），需通过分压电路将其降至 0~3.3V，同时保证信号不失真。

2.2.1 分压电路设计原理

分压电路的核心是 “两个串联电阻”，根据欧姆定律，输出电压（Vout）与输入电压（Vin，即反电动势）的关系为：\(Vout = Vin \times \frac{R2}{R1+R2}\) 设计需满足两个核心要求：

1. 最大 Vout ≤ 3.3V（AT32 安全输入上限）；
2. 分压电阻总阻值适中（10kΩ~16kΩ），避免输入阻抗过低导致反电动势信号衰减（文档 6.3.17 节：比较器输入阻抗较高，无需额外匹配）。

2.2.2 分压电路参数计算（以 12V 电机为例）

假设电机供电电压 Vbat=12V（反电动势峰值≤12V），目标 Vout_max=3.3V，计算电阻参数：

1. 代入公式：3.3V = 12V × (R2/(R1+R2)) → R1/R2 ≈ 2.63；
2. 选择 R2=4.7kΩ（精度 1%），则 R1=12kΩ（12/4.7≈2.55，接近 2.63，误差可接受）；
3. 总阻值 R1+R2=16.7kΩ，符合 “10kΩ~16kΩ” 范围，无信号衰减风险。

2.2.3 滤波电路设计：抑制 “高频噪声”

无人机飞行时，电机线会产生高频噪声（如 PWM 开关噪声），若直接输入比较器，会导致 “过零误触发”。需在分压后增加RC 滤波电路，滤除高频噪声。

滤波参数	推荐配置	设计依据
电容（C）	10nF（陶瓷电容）	滤除 100kHz 以上高频噪声，且体积小、成本低
电阻（Rf）	1kΩ（限流电阻）	避免电容充放电电流过大损坏 AT32 引脚，同时辅助滤波
滤波截止频率（fc）	≈15.9kHz	计算公式：fc=1/(2πRC)，15.9kHz 远低于反电动势的基波频率（电机转速 1000rpm 时，基波频率≈50Hz），不影响过零检测

2.2.4 反电动势采集电路示意图与器件选型

电路示意图：

plaintext

BLDC A相绕组 → R1（12kΩ，1%） → R2（4.7kΩ，1%） → GND  
                          ↓  
                          Rf（1kΩ） → C（10nF） → GND  
                          ↓  
                          AT32 PA0（COMP_INP2）

器件选型表：

器件类型	型号推荐	参数要求	文档依据
分压电阻（R1/R2）	0805 封装 12kΩ/4.7kΩ	精度 1%（避免温漂导致分压比偏差），功率≥1/16W（实际功耗仅 0.1mW，远低于额定）	文档 6.3.13 节（GPIO 输入阻抗要求，避免电阻过小导致电流过大）
滤波电阻（Rf）	0805 封装 1kΩ	精度 5%，功率≥1/16W	无特殊要求，仅需限流、辅助滤波
滤波电容（C）	0805 封装 10nF	X7R 材质（温漂 ±15%，适应 - 55~+125℃），耐压≥6.3V	文档 6.3.12 节（电气敏感性，避免电容失效导致噪声侵入）

2.3 零点基准电路：“精准的电压标尺”

零点基准电压（Vmid）是过零检测的 “标尺”，其稳定性直接决定过零检测的精度。若电机无中点引出，需通过 “电源分压” 模拟 Vmid，设计如下：

2.3.1 基准电路设计原理

模拟 Vmid 的核心是 “对电机供电电压（Vbat）分压”，确保 Vmid=Vbat/2，且电压稳定、无噪声。电路需满足：

1. 分压电阻精度高（1%），避免温漂导致 Vmid 偏移；
2. 增加滤波电容，抑制 Vbat 的纹波噪声；
3. 串联限流电阻，保护 AT32 PA1 引脚。

2.3.2 基准电路参数计算（以 12V 电机为例）

目标 Vmid=6V（Vbat=12V/2），需分压至 AT32 的安全范围（3.3V），因此需 “两级分压”：

1. 第一级：对 12V 分压至 6V（Vmid1），选择 R3=R4=10kΩ（1%），则 Vmid1=12V×(10k/(10k+10k))=6V；
2. 第二级：对 6V 分压至 3.3V（Vmid2，输入 AT32 PA1），选择 R5=5.6kΩ、R6=6.8kΩ（1%），则 Vmid2=6V×(6.8k/(5.6k+6.8k))≈3.27V（接近 3.3V，误差≤1%）；
3. 滤波：在 R6 两端并联 100nF 陶瓷电容 + 1μF 钽电容，滤除高低频噪声。

2.3.3 基准电路示意图与器件选型

电路示意图：

plaintext

Vbat（12V） → R3（10kΩ） → R4（10kΩ） → GND  
                ↓（Vmid1=6V）  
                R5（5.6kΩ） → R6（6.8kΩ） → GND  
                              ↓（Vmid2≈3.27V）  
                              C1（100nF）→ GND  
                              C2（1μF）→ GND  
                              ↓  
                              AT32 PA1（COMP_INM1）

器件选型表：

器件类型	型号推荐	参数要求	文档依据
分压电阻（R3/R4/R5/R6）	0805 封装 10kΩ/5.6kΩ/6.8kΩ	精度 1%，功率≥1/16W	文档 6.3.19 节（温度传感器特性，避免电阻温漂导致 Vmid 偏移）
高频滤波电容（C1）	0805 封装 100nF	X7R 材质，耐压≥6.3V	滤除 Vbat 的高频纹波（如 PWM 开关噪声）
低频滤波电容（C2）	0805 封装 1μF	钽电容（ESR 低，滤波效果好），耐压≥6.3V	滤除 Vbat 的低频纹波（如电池放电导致的电压波动）

2.4 硬件保护电路：“避免意外损坏”

无人机电调工作在高电压、大电流环境，需设计保护电路，避免 AT32 或电机损坏。核心保护措施如下表：

保护类型	设计方案	器件选型	文档依据
过压保护	在反电动势分压电路输入端并联 TVS 管	SMAJ15CA（15V，双向）	文档表 6（绝对最大电压：GPIO 输入电压≤6V（FT 引脚），TVS 管可钳位尖峰电压至 15V 以下）
过流保护	在 AT32 引脚串联 100Ω 限流电阻	0805 封装 100Ω，1%	文档表 7（绝对最大电流：I/O 引脚灌电流≤25mA，限流电阻可避免过流）
静电保护（ESD）	PCB 布局时增加 ESD 防护环	无器件，PCB 设计实现	文档表 31（ESD 绝对最大值：人体模型 6000V，防护环可增强 ESD 能力）
电源去耦	在 AT32 VDD/VDDA 引脚旁并联电容	100nF 陶瓷电容 + 4.7μF 钽电容	文档 4.3.6 节（供电方案图，去耦电容可稳定电源，减少噪声）

2.5 PCB 设计规范：“信号纯净的关键”

PCB 布局不合理会导致噪声侵入、信号衰减，直接影响比较器的过零检测精度。需遵循以下规范，参考文档 6.3.12 节（电气敏感性）、7.7 节（热特性）：

PCB 设计项	规范要求	原因分析
模拟信号布线	1. 反电动势采集线（PA0/PA4/PA5）、基准线（PA1）需短而直，长度≤5cm； 2. 线宽≥0.2mm； 3. 远离功率线（如电机相线、PWM 驱动线）≥2mm	缩短路径减少信号衰减；远离功率线避免电磁干扰（EMI）
接地设计	1. 模拟地（AGND）与数字地（DGND）单点连接； 2. 比较器相关电路的地单独铺铜，再连接至 AGND	避免数字地噪声（如 CPU、定时器）干扰模拟信号，确保 Vmid 稳定
电源布线	1. VDD/VDDA 线宽≥0.5mm； 2. 去耦电容靠近 AT32 引脚（距离≤3mm）	保证供电电流充足，去耦电容快速滤除电源噪声
散热设计	1. AT32 芯片下方铺铜（面积≥1cm²）； 2. 功率器件（如 MOS 管）单独铺散热铜皮	文档 7.7 节（热特性：LQFP48 封装 θJA=87℃/W，铺铜可降低结温，避免高温失效）
防护设计	1. 电机接口增加 TVS 管、自恢复保险丝； 2. PCB 边缘增加防护圈	避免电机侧的高压、大电流冲击 AT32 电路

三、软件篇：基于 AT32 HAL 库的 “代码实现”

软件是方案的 “灵魂”，需基于 AT32 HAL 库，实现比较器、GPIO、定时器的初始化，以及过零中断捕捉、转速计算。所有代码均标注文档依据，确保配置合规、逻辑正确。

3.1 软件开发环境搭建

首先需搭建适配 AT32F421G8U7 的开发环境，确保编译、下载、调试正常：

工具 / 软件	版本 / 型号	配置说明
集成开发环境（IDE）	Keil MDK 5.38	安装 AT32F421 系列器件包（可从雅特力官网下载）
编译器	ARM Compiler 6	优化等级选择 “-O1”（平衡代码大小与执行速度）
调试器	J-Link V11	连接 AT32 SWD 接口（PA13=SWDIO，PA14=SWCLK，文档表 5）
固件库	AT32F421 HAL 库 V1.0.1	基于文档功能开发，确保外设驱动与芯片特性匹配

3.2 全局变量与宏定义：“代码的基础配置”

定义核心参数（如电机极对数、比较器延迟）、状态变量（如过零时刻、转速），确保代码可维护：

c

运行

#include "at32f421_hal.h"

/* -------------------------- 宏定义（基于文档参数） -------------------------- */
#define MOTOR_POLE_PAIRS  2       // 电机极对数（4极电机，文档3.10节转速计算需用到）
#define COMP_DELAY_US     1       // 比较器传播延迟补偿（高速模式≤100ns，近似1μs，文档表44）
#define PHASE_NUM         3       // 电机相数（A/B/C三相）
#define ZERO_CROSS_BUFF   5       // 过零时刻缓存长度（每相5个点，用于滤波）
#define CALC_INTERVAL_MS  10      // 转速计算间隔（10ms，平衡实时性与CPU占用）

/* -------------------------- 相位枚举（代码可读性） -------------------------- */
typedef enum {
    PHASE_A = 0,  // PA0/A相（COMP_INP2）
    PHASE_B,      // PA4/B相（COMP_INM4）
    PHASE_C       // PA5/C相（COMP_INP0）
} Motor_PhaseTypeDef;

/* -------------------------- 全局变量（状态记录） -------------------------- */
COMP_HandleTypeDef hcomp1;                  // 比较器句柄（文档3.17节，仅1个比较器）
TIM_HandleTypeDef htim14;                   // 定时器句柄（TMR14，文档3.10.2节）
Motor_PhaseTypeDef curr_phase = PHASE_A;    // 当前检测相位（初始A相）
uint32_t zero_cross_time[PHASE_NUM][ZERO_CROSS_BUFF] = {0}; // 过零时刻缓存（每相5个点）
uint8_t zero_cross_cnt[PHASE_NUM] = {0};     // 每相过零计数器
float motor_speed_rpm = 0.0f;                // 最终转速（rpm）
uint32_t prev_calc_time = 0;                 // 上一次转速计算时刻（ms）

3.3 核心外设初始化：“硬件功能的激活”

需依次初始化 GPIO（模拟输入）、比较器（过零检测）、定时器（时刻记录），每个初始化函数均严格遵循文档配置要求。

3.3.1 GPIO 初始化（模拟输入模式）

功能：将 PA0/PA1/PA4/PA5 配置为模拟输入，为比较器提供纯净的模拟信号，参考文档 3.15 节（GPIO 特性）、表 5（引脚定义）。

c

运行

/**
  * @brief  GPIO初始化（比较器输入引脚：PA0/A相、PA1/基准、PA4/B相、PA5/C相）
  * @文档依据  3.15节（GPIO模式）、表5（引脚模拟功能）、6.3.13节（GPIO电气特性）
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void GPIO_COMP_Init(void)
{
    GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStruct = {0};

    /* 1. 使能GPIOA时钟（文档3.15节：GPIO时钟需单独使能） */
    __HAL_RCC_GPIOA_CLK_ENABLE();

    /* 2. 配置PA0/PA1/PA4/PA5为模拟输入模式 */
    GPIO_InitStruct.Pin = GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1 | GPIO_PIN_4 | GPIO_PIN_5;
    GPIO_InitStruct.Mode = GPIO_MODE_ANALOG;  // 模拟输入模式（比较器需模拟信号）
    GPIO_InitStruct.Pull = GPIO_NOPULL;       // 无上下拉（避免影响输入电平，文档719页）
    HAL_GPIO_Init(GPIOA, &GPIO_InitStruct);
}

关键配置说明：

• GPIO_MODE_ANALOG：必须配置为模拟模式，才能将引脚信号接入比较器（文档表 5 明确标注这些引脚支持模拟输入）；
• GPIO_NOPULL：模拟输入模式下禁止上下拉，否则会引入额外电流，导致反电动势或基准电压偏移（文档 719 页）。

3.3.2 定时器初始化（TMR14，1μs 计时）

功能：精确记录过零时刻，为转速计算提供时间基准，参考文档 3.10.2 节（TMR14 特性）、表 37（定时器参数）。

c

运行

/**
  * @brief  TMR14初始化（1μs计时，用于过零时刻记录）
  * @文档依据  3.10.2节（TMR14为16位通用定时器）、表37（定时器时钟=2×APB1）、6.3.15节（定时器特性）
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void TIM14_Init(void)
{
    TIM_MasterConfigTypeDef sMasterConfig = {0};

    /* 1. 使能TMR14时钟（APB1总线，文档3.10.2节） */
    __HAL_RCC_TIM14_CLK_ENABLE();

    /* 2. TMR14核心配置：1μs计数，最大计数值65535μs（≈65ms） */
    htim14.Instance = TIM14;
    // 分频系数：APB1时钟=120MHz，TIM14时钟=2×APB1=240MHz（文档表37）
    // 240MHz/(239+1)=1MHz → 计数周期=1μs
    htim14.Init.Prescaler = 239;
    htim14.Init.CounterMode = TIM_COUNTERMODE_UP; // 向上计数
    htim14.Init.Period = 0xFFFF;                 // 最大计数值（65535）
    htim14.Init.AutoReloadPreload = TIM_AUTORELOAD_PRELOAD_DISABLE;
    if (HAL_TIM_Base_Init(&htim14) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler(); // 初始化失败，需处理（如复位）
    }

    /* 3. 定时器主模式配置（无触发输出，仅计时） */
    sMasterConfig.MasterOutputTrigger = TIM_TRGO_RESET;
    sMasterConfig.MasterSlaveMode = TIM_MASTERSLAVEMODE_DISABLE;
    if (HAL_TIMEx_MasterConfigSynchronization(&htim14, &sMasterConfig) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    /* 4. 启动定时器 */
    if (HAL_TIM_Base_Start(&htim14) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

关键配置说明：

• Prescaler = 239：根据文档表 37，APB1 时钟 = 120MHz 时，TIM14 的时钟 = 2×APB1=240MHz，分频后为 1MHz（1μs 计数），确保过零时刻记录精度；
• Period = 0xFFFF：最大计数值 65535μs，若电机转速过低（如 < 100rpm），过零间隔可能超过 65ms，需在软件中处理定时器溢出（后续转速计算模块详解）。

3.3.3 比较器初始化（COMP1，过零检测）

功能：配置比较器的输入通道、模式、中断，实现反电动势与基准电压的实时比较，参考文档 3.17 节（比较器特性）、表 44（比较器参数）、3.4 节（NVIC 中断）。

c

运行

/**
  * @brief  比较器1初始化（A/B/C相切换+过零中断）
  * @文档依据  3.17节（比较器模式、迟滞、中断）、表44（高速模式参数）、表5（比较器通道）、3.4节（NVIC）
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void COMP1_Init(void)
{
    COMP_InitTypeDef COMP_InitStruct = {0};
    COMP_InputConfigTypeDef COMP_InputConfigStruct = {0};

    /* 1. 使能比较器时钟（文档3.17节：COMP时钟需单独使能） */
    __HAL_RCC_COMP_CLK_ENABLE();

    /* 2. 比较器基础配置：高速模式、低迟滞、边沿中断 */
    hcomp1.Instance = COMP1;
    // 模式：高速模式（传播延迟40~100ns，文档表44，满足实时性）
    COMP_InitStruct.Mode = COMP_MODE_HIGH_SPEED;
    // 迟滞：低迟滞（5~17mV，文档表44，提高灵敏度，抑制噪声）
    COMP_InitStruct.Hysteresis = COMP_HYSTERESIS_LOW;
    // 输出极性：非反相（INP>INM时输出高，符合过零逻辑）
    COMP_InitStruct.OutputPolarity = COMP_OUTPUTPOLARITY_NON_INVERTED;
    // 无消隐（无需电机换相消隐，简化逻辑）
    COMP_InitStruct.BlankingSource = COMP_BLANKINGSOURCE_NONE;
    // 关闭窗口模式（仅需单阈值比较）
    COMP_InitStruct.WindowMode = COMP_WINDOWMODE_DISABLE;
    // 中断触发：上升沿+下降沿（捕捉所有过零点）
    COMP_InitStruct.TriggerMode = COMP_TRIGGERMODE_IT_RISING_FALLING;
    if (HAL_COMP_Init(&hcomp1, &COMP_InitStruct) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    /* 3. 初始输入通道配置：A相（PA0=INP2）→ 基准（PA1=INM1） */
    COMP_InputConfigStruct.PositiveInput = COMP_POSITIVEINPUT_INP2; // PA0=INP2（文档表5）
    COMP_InputConfigStruct.NegativeInput = COMP_NEGATIVEINPUT_INP1; // PA1=INM1（文档表5）
    if (HAL_COMP_ConfigInput(&hcomp1, &COMP_InputConfigStruct) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    /* 4. 使能比较器中断（NVIC配置） */
    // 中断优先级：抢占优先级1，子优先级0（高于普通外设，避免中断丢失）
    HAL_NVIC_SetPriority(COMP_IRQn, 1, 0);
    HAL_NVIC_EnableIRQ(COMP_IRQn);

    /* 5. 启动比较器 */
    if (HAL_COMP_Start(&hcomp1) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

关键配置说明：

• COMP_MODE_HIGH_SPEED：选择高速模式，传播延迟仅 40~100ns（文档表 44），确保过零时刻捕捉无明显延迟；
• COMP_HYSTERESIS_LOW：低迟滞模式（5~17mV），既能避免噪声导致的误触发，又不会因迟滞过大导致过零相位偏差；
• COMP_TRIGGERMODE_IT_RISING_FALLING：同时捕捉上升沿和下降沿过零，增加转速计算的采样点，提高精度。

3.4 过零中断服务函数：“捕捉过零时刻的核心”

当比较器检测到反电动势过零时，会触发COMP_IRQHandler中断服务函数。函数需完成 “中断标志清除、过零时刻记录、相位切换” 三大任务，参考文档 3.17 节（比较器中断）、3.4 节（NVIC）。

c

运行

/**
  * @brief  比较器中断服务函数（过零时刻捕捉+相位切换）
  * @文档依据  3.17节（比较器中断标志）、表5（相位通道切换）、3.10.2节（定时器值读取）
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void COMP_IRQHandler(void)
{
    COMP_InputConfigTypeDef COMP_InputConfigStruct = {0};
    uint32_t curr_time = 0;

    /* 1. 检查并清除比较器边沿中断标志（避免重复触发） */
    if (__HAL_COMP_GET_FLAG(&hcomp1, COMP_FLAG_EDGE) != RESET)
    {
        __HAL_COMP_CLEAR_FLAG(&hcomp1, COMP_FLAG_EDGE);

        /* 2. 读取当前定时器值（记录过零时刻，单位：μs） */
        curr_time = __HAL_TIM_GET_COUNTER(&htim14);

        /* 3. 记录当前相的过零时刻（循环缓存，覆盖旧数据） */
        if (zero_cross_cnt[curr_phase] < ZERO_CROSS_BUFF)
        {
            zero_cross_time[curr_phase][zero_cross_cnt[curr_phase]] = curr_time;
            zero_cross_cnt[curr_phase]++;
        }
        else
        {
            // 缓存满，循环覆盖（保留最新5个时刻）
            for (uint8_t i = 0; i < ZERO_CROSS_BUFF - 1; i++)
            {
                zero_cross_time[curr_phase][i] = zero_cross_time[curr_phase][i + 1];
            }
            zero_cross_time[curr_phase][ZERO_CROSS_BUFF - 1] = curr_time;
        }

        /* 4. 切换至下一相检测（A→B→C→A循环，文档表5通道配置） */
        curr_phase = (curr_phase + 1) % PHASE_NUM;
        switch (curr_phase)
        {
            case PHASE_A:
                // A相：PA0=COMP_INP2（文档表5）
                COMP_InputConfigStruct.PositiveInput = COMP_POSITIVEINPUT_INP2;
                break;
            case PHASE_B:
                // B相：PA4=COMP_INM4（文档表5）
                COMP_InputConfigStruct.PositiveInput = COMP_POSITIVEINPUT_INM4;
                break;
            case PHASE_C:
                // C相：PA5=COMP_INP0（文档表5）
                COMP_InputConfigStruct.PositiveInput = COMP_POSITIVEINPUT_INP0;
                break;
            default:
                COMP_InputConfigStruct.PositiveInput = COMP_POSITIVEINPUT_INP2;
                break;
        }
        // 基准通道固定：PA1=COMP_INM1（文档表5）
        COMP_InputConfigStruct.NegativeInput = COMP_NEGATIVEINPUT_INP1;
        HAL_COMP_ConfigInput(&hcomp1, &COMP_InputConfigStruct);
    }

    /* 5. HAL库中断处理（必要步骤，确保中断正常） */
    HAL_COMP_IRQHandler(&hcomp1);
}

关键逻辑说明：

• 相位切换：通过COMP_InputConfigStruct.PositiveInput切换比较器的正极输入通道，实现 A→B→C 相的轮流检测，确保电机运行时总有一相是 “悬空绕组”，反电动势波形完整；
• 循环缓存：保留最新 5 个过零时刻，后续转速计算时可通过 “滑动平均” 滤波，减少单次过零误差的影响。

3.5 转速计算模块：“从时刻到 rpm 的转换”

转速计算的核心是 “处理过零时刻间隔，代入公式计算”，需解决 “定时器溢出、比较器延迟补偿、滤波” 三大问题，参考文档 3.10 节（定时器精度）、3.17 节（比较器延迟）。

c

运行

/**
  * @brief  转速计算（基于A相过零间隔，滑动平均滤波）
  * @文档依据  3.10节（定时器溢出处理）、3.17节（比较器延迟补偿）、6.3.15节（定时器精度）
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Motor_Speed_Calc(void)
{
    uint32_t curr_time_ms = HAL_GetTick(); // 当前系统时间（ms）
    uint32_t delta_t = 0;                  // 过零间隔（μs）
    uint32_t t1 = 0, t2 = 0;               // 相邻过零时刻（μs）
    float avg_delta_t = 0.0f;              // 平均过零间隔（μs）
    uint8_t valid_cnt = 0;                 // 有效过零间隔数量

    /* 1. 每CALC_INTERVAL_MS（10ms）计算一次，避免频繁占用CPU */
    if (curr_time_ms - prev_calc_time < CALC_INTERVAL_MS)
    {
        return;
    }
    prev_calc_time = curr_time_ms;

    /* 2. 检查A相过零数据是否足够（至少2个时刻才能计算间隔） */
    if (zero_cross_cnt[PHASE_A] < 2)
    {
        motor_speed_rpm = 0.0f; // 数据不足，转速为0
        return;
    }

    /* 3. 计算A相相邻过零间隔，处理定时器溢出（65535μs） */
    avg_delta_t = 0.0f;
    valid_cnt = 0;
    for (uint8_t i = 1; i < zero_cross_cnt[PHASE_A]; i++)
    {
        t1 = zero_cross_time[PHASE_A][i - 1];
        t2 = zero_cross_time[PHASE_A][i];

        // 处理定时器溢出：若t2 < t1，说明溢出，间隔=（65536 - t1） + t2
        if (t2 >= t1)
        {
            delta_t = t2 - t1;
        }
        else
        {
            delta_t = (0xFFFF + 1 - t1) + t2;
        }

        /* 4. 过滤异常间隔（排除误触发，如间隔<100μs或>100ms） */
        if (delta_t > 100 && delta_t < 100000)
        {
            // 补偿比较器延迟（文档表44：高速模式≤100ns，近似1μs）
            delta_t += COMP_DELAY_US;
            avg_delta_t += delta_t;
            valid_cnt++;
        }
    }

    /* 5. 计算平均间隔，代入公式计算转速 */
    if (valid_cnt > 0)
    {
        avg_delta_t /= valid_cnt; // 滑动平均，减少误差
        // 转速公式：n = 60×10^6 / (2×P×Δt)
        motor_speed_rpm = (60.0f * 1000000.0f) / (2 * MOTOR_POLE_PAIRS * avg_delta_t);
    }
    else
    {
        motor_speed_rpm = 0.0f; // 无有效间隔，转速为0
    }

    /* 6. 调试：打印转速（需配置USART，文档3.12节） */
    // printf("Motor Speed: %.1f rpm\r\n", motor_speed_rpm);
}

关键处理说明：

• 定时器溢出处理：当 t2 <t1 时，说明定时器已溢出（从 65535 计数到 0），间隔需计算为 “溢出部分 + 当前部分”，避免转速计算错误；
• 延迟补偿：根据文档表 44，比较器高速模式传播延迟≤100ns，近似补偿 1μs，减少系统误差；
• 异常过滤：排除过短（<100μs，可能是噪声误触发）或过长（>100ms，可能是电机停转）的间隔，确保转速计算可靠。

3.6 主函数与初始化流程：“代码的入口”

主函数负责 “初始化外设、启动任务、主循环处理”，确保软件流程清晰、稳定运行：

c

运行

/**
  * @brief  主函数
  * @文档依据  1.介绍（需结合HAL库）、3.5节（系统时钟）、各外设初始化依据
  * @param  无
  * @retval int
  */
int main(void)
{
    /* 1. HAL库初始化（初始化定时器、中断控制器等） */
    HAL_Init();

    /* 2. 系统时钟配置（120MHz，文档3.5节时钟树、表27 PLL特性） */
    SystemClock_Config();

    /* 3. 外设初始化（按依赖顺序：GPIO→TIM→COMP） */
    GPIO_COMP_Init();  // GPIO模拟输入初始化
    TIM14_Init();      // 定时器初始化（计时）
    COMP1_Init();      // 比较器初始化（过零检测）

    /* 4. 主循环（持续处理转速计算，可添加其他任务如PID控制） */
    while (1)
    {
        Motor_Speed_Calc(); // 转速计算（每10ms一次）
        // 其他任务：如电机换相控制、转速闭环PID、故障检测等
    }
}

/**
  * @brief  系统时钟配置（120MHz，文档3.5节、表27 PLL特性）
  * @文档依据  3.5节（时钟管理）、表27（PLL输入2~16MHz，输出≤120MHz）、6.3.10节（闪存等待周期）
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void SystemClock_Config(void)
{
    RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStruct = {0};
    RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStruct = {0};

    /* 1. 外部高速时钟（HSE=8MHz，文档3.5节） */
    RCC_OscInitStruct.OscillatorType = RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.HSEState = RCC_HSE_ON;
    RCC_OscInitStruct.HSEPredivValue = RCC_HSE_PREDIV_DIV1;
    // PLL配置：HSE为输入（8MHz），倍频15倍→120MHz（表27：PLL_OUT≤120MHz）
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLState = RCC_PLL_ON;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLSource = RCC_PLLSOURCE_HSE;
    RCC_OscInitStruct.PLL.PLLMUL = RCC_PLL_MUL15;
    if (HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStruct) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }

    /* 2. 总线时钟配置（文档2.规格说明：APB1/APB2最大120MHz） */
    RCC_ClkInitStruct.ClockType = RCC_CLOCKTYPE_HCLK | RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK
                                | RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 | RCC_CLOCKTYPE_PCLK2;
    RCC_ClkInitStruct.SYSCLKSource = RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK; // 系统时钟=PLL时钟（120MHz）
    RCC_ClkInitStruct.AHBCLKDivider = RCC_SYSCLK_DIV1;        // HCLK=120MHz
    RCC_ClkInitStruct.APB1CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;         // APB1=120MHz
    RCC_ClkInitStruct.APB2CLKDivider = RCC_HCLK_DIV1;         // APB2=120MHz
    // 闪存等待周期：>96MHz时需3个等待周期（文档6.3.10节，表28）
    if (HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStruct, FLASH_LATENCY_3) != HAL_OK)
    {
        Error_Handler();
    }
}

/**
  * @brief  错误处理函数（初始化失败时调用）
  * @param  无
  * @retval 无
  */
void Error_Handler(void)
{
    while (1)
    {
        // 错误指示：如点亮LED，方便调试
        HAL_GPIO_TogglePin(GPIOA, GPIO_PIN_2); // 假设PA2接LED
        HAL_Delay(500);
    }
}

关键配置说明：

• 系统时钟：根据文档表 27（PLL 特性），PLL 输入时钟范围 2~16MHz，输出≤120MHz，选择 HSE=8MHz×15=120MHz，满足 AT32 的最高主频，确保软件实时性；
• 闪存等待周期：文档 6.3.10 节（表 28）明确，当 HCLK>96MHz 时，闪存需 3 个等待周期，否则会导致代码执行错误，需配置FLASH_LATENCY_3。