foc/README.md

# FOC 电机控制工程

## 1. 工程概述

本工程是基于 **TI MSPM0G3507** 微控制器的 **FOC（磁场定向控制）** 电机控制方案，用于驱动无刷直流电机（BLDC），实现高精度角度控制。

### 硬件平台
- **MCU**: MSPM0G3507（MSPM0系列，Cortex-M0+内核）
- **开发板**: LP_MSPM0G3507 LaunchPad
- **编码器**: MT6701（磁编码器，I2C接口，14位分辨率）

### 软件特性
- 完整的FOC算法实现（克拉克逆变换、帕克逆变换）
- 开环/闭环双控制模式
- 单角度环PID控制
- UART串口指令接收
- 模块化代码结构

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## 2. 工程结构

```
FOC/
├── 3rd/                          # 第三方模块
│   ├── dfoc.c/h                  # FOC核心算法
│   ├── mt6701.c/h                # MT6701编码器驱动
│   ├── pid_control.c/h           # PID控制器
│   ├── pwm.c/h                   # PWM输出控制
│   ├── lowpass_filter.c/h        # 低通滤波器
│   ├── uart_redircet.c/h         # printf重定向
│   ├── delay.c/h                 # 延时函数
│   └── config.h                  # 调试配置
├── keil/                         # Keil工程文件
│   ├── empty_LP_MSPM0G3507_nortos_keil.uvprojx
│   ├── mspm0g3507.sct
│   └── startup_mspm0g350x_uvision.s
├── empty.c                       # 主程序入口
├── empty.syscfg                  # SysConfig配置文件
├── ti_msp_dl_config.c/h          # SysConfig生成的配置代码
└── README.md                     # 工程文档
```

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## 3. 核心模块说明

### 3.1 FOC算法 (`dfoc.c`)

FOC核心算法实现，包含坐标变换和控制逻辑。

**功能列表**:

| 函数 | 功能 |
|------|------|
| `SetPhaseVoltage()` | 帕克逆变换 + 克拉克逆变换，计算三相电压 |
| `SetPwm()` | 将电压转换为占空比，输出PWM |
| `electricAngle()` | 计算电气角度 |
| `normalizeAngle()` | 角度归一化到0~2π |
| `constrain()` | 幅值限幅 |
| `FOC_Init()` | FOC初始化，校准零电角度 |
| `Set_Angle()` | 单角度环闭环控制 |
| `velocityopenloop()` | 开环速度控制 |

**关键参数**:

| 参数 | 值 | 说明 |
|------|-----|------|
| `voltage_limit` | 8V | 输出电压限幅 |
| `voltage_power_supply` | 12.0V | 供电电压 |

### 3.2 编码器驱动 (`mt6701.c`)

MT6701磁编码器驱动，通过I2C接口读取角度数据。

**特性**:
- 通信方式: I2C（从设备地址0x06）
- 分辨率: 14位（16384脉冲/圈）
- 支持单圈/多圈角度读取

**函数列表**:

| 函数 | 功能 |
|------|------|
| `MT6701_iic_read_angel()` | I2C读取原始角度数据 |
| `GetAngle_NoTrack()` | 获取单圈角度（弧度） |
| `GetAngle()` | 获取多圈累计角度（弧度） |
| `GetVelocity()` | 计算角速度 |

### 3.3 PID控制器 (`pid_control.c`)

增量式PID控制器实现。

**参数**:
- Kp: 0.067（比例系数）
- Ki: 0.01（积分系数）
- Kd: 0（微分系数）
- 输出限幅: ±5.0
- 积分限幅: ±5.0

### 3.4 PWM控制 (`pwm.c`)

3路独立PWM输出控制。

**配置**:
- 定时器: TIMA0
- 频率: 15kHz
- 通道: 3路
- 引脚: PA21, PA22, PB20

### 3.5 UART重定向 (`uart_redircet.c`)

将标准printf重定向到UART，支持串口调试输出。

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## 4. 通信接口

### 4.1 UART指令接口

- 波特率: 115200
- 数据位: 8位
- 停止位: 1位
- 校验: 无

**指令格式**: `T+数值+\n`

| 示例 | 说明 |
|------|------|
| `T1.57\n` | 设置目标角度为1.57弧度 |
| `T-0.785\n` | 设置目标角度为-0.785弧度 |

**接收机制**:
- DMA方式接收6字节数据包
- 接收完成触发中断，解析指令并更新目标角度

### 4.2 I2C编码器接口

- 速度: 100kHz
- 用于读取MT6701编码器角度数据

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## 5. 主程序流程

```
main()
    │
    ├─→ SYSCFG_DL_init()          // 初始化所有硬件外设
    ├─→ DMA配置                   // 配置UART接收DMA
    ├─→ NVIC_EnableIRQ()          // 使能UART和定时器中断
    ├─→ DL_TimerA_startCounter()  // 启动PWM定时器
    ├─→ DL_TimerG_startCounter()  // 启动通用定时器
    ├─→ FOC_Init(12.6)            // FOC初始化，校准零电角度
    │
    └─→ while(1)
            ├─→ 检查gCheckUART标志
            ├─→ 解析UART命令 → 更新Target
            └─→ Set_Angle(Target) // 执行闭环控制
```

**中断服务函数**:

| 中断 | 功能 |
|------|------|
| `TIMER_0_INST_IRQHandler` | 定时器中断（调试用，LED闪烁，打印目标值） |
| `UART_0_INST_IRQHandler` | UART DMA接收完成中断，设置接收标志 |

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## 6. 关键配置参数

### 6.1 电机参数 (`empty.c`)

| 参数 | 值 | 说明 |
|------|-----|------|
| `pp` | 7 | 电机极对数 |
| `Dir` | -1 | 电机方向（-1为反转，1为正转） |

### 6.2 系统时钟 (`ti_msp_dl_config.h`)

| 参数 | 值 | 说明 |
|------|-----|------|
| `CPUCLK_FREQ` | 32MHz | CPU系统时钟 |
| `PWM_0_INST_CLK_FREQ` | 16MHz | PWM定时器时钟 |

### 6.3 调试配置 (`config.h`)

```c
#define DEBUG_ENABLED        true    // 总调试开关
#define DEBUG_MT_ENABLED     false   // 编码器调试输出
#define DEBUG_DFOC_ENABLED   false   // FOC算法调试输出
```

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## 7. 控制模式

### 7.1 闭环角度控制（默认）

通过PID控制器实现精确角度定位：

```c
// 主循环中调用
if(gCheckUART)
{
    gCheckUART = false;
    parse_uart_cmd();
    Set_Angle(Target);  // 闭环控制
}
```

**控制流程**:
1. 读取编码器当前角度
2. 计算角度误差（目标角度 - 当前角度）
3. PID控制器输出Uq电压
4. 执行FOC变换，输出PWM

### 7.2 开环速度控制

直接按目标速度旋转，无位置反馈：

```c
// 主循环中调用（需注释掉闭环代码）
velocityopenloop(Target);
```

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## 8. 引脚分配

### 8.1 PWM输出

| 通道 | 引脚 | 功能 |
|------|------|------|
| PWM CH0 | PA21 | U相 |
| PWM CH1 | PA22 | V相 |
| PWM CH2 | PB20 | W相 |

### 8.2 I2C编码器

| 引脚 | 功能 |
|------|------|
| PB2 | I2C_SCL |
| PB3 | I2C_SDA |

### 8.3 UART

| 引脚 | 功能 |
|------|------|
| PA10 | UART_TX |
| PA11 | UART_RX |

### 8.4 其他

| 引脚 | 功能 |
|------|------|
| PA0 | LED |
| PA19 | SWDIO |
| PA20 | SWCLK |

---

## 9. 使用方法

### 9.1 编译

使用Keil MDK打开 `keil/empty_LP_MSPM0G3507_nortos_keil.uvprojx` 工程文件，编译生成固件。

### 9.2 烧录

通过XDS-110调试器将固件烧录到LP_MSPM0G3507开发板。

### 9.3 调试

1. 连接串口到PA10/PA11（UART0）
2. 打开串口助手，波特率设置为115200
3. 发送指令格式: `T+数值+\n`，例如 `T1.57\n`
4. 观察电机响应和串口输出

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## 10. 代码说明

### 10.1 编码规范

- 使用C语言编写，符合C99标准
- 变量命名: 小写+下划线（如 `voltage_limit`）
- 函数命名: 首字母大写（如 `SetPhaseVoltage`）
- 中文注释，便于理解

### 10.2 注意事项

1. 修改电机极对数时需同时修改 `empty.c` 中的 `pp` 参数
2. 编码器方向不对时调整 `Dir` 参数
3. PID参数需根据实际电机调试优化
4. 电压参数需与实际供电电压匹配

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## 11. 版本信息

| 项目 | 说明 |
|------|------|
| SDK版本 | MSPM0 SDK 2.07.00.05 |
| 编译工具 | Keil MDK |
| 目标MCU | MSPM0G3507 |
| FOC算法 | 无传感器FOC（仅位置闭环）