这是我的第一篇文章。我是一个尝试做硬件的软件人，所以要谦虚:)

电路图

我正在设计一个简单的小型电路（参见图片，对不起，电路图混乱），简单地说，就是一堆MOSFET和栅极驱动器，旨在切换微控制器的电阻性负载（在这种情况下为加热垫）。加热元件通常具有非常低的电阻，并且为了将功率保持在所需水平，可使用PWM来开关MOSFET。

测量

除了纯粹的功能方面，还有教育的重点。我希望能够获得有关当前消耗的一些反馈。而我幼稚的方法是简单地放入一些当前的并联传感器IC。当使用万用表测量传感器的输出电压时，由于电流表的“缓慢”，实际上我得到的东西看起来像是平均电流（带PWM开关）。但是，当将相同的输出连接到atmega328p ADC时，我得到了一些不好的读数-此处的速度将读数放置在PWM方波的任何位置。

因此，我的问题是，使用PWM切换时如何测量（平均）电流？

看起来设计还可以，但我可能在设计中以及在这种情况下应如何使用uC ADC方面都错过了一些东西。

有时候看起来简单的事情并不那么简单。您需要进行相当复杂的测量，但是想要一个简单的结果。您想要测量的不是恒定的，而是随时间变化的。根据您的需求水平，您可以计算电流消耗的一个或多个属性。这些属性将帮助您更好地监视系统。我向您提出3种不同的解决方案，以提高复杂性。

解决方案1：平均

您想要一个单值结果->及时获得平均值。如@akellyirl所建议的，使用低通滤波器。计算float y = alpha*input + (1-alpha)*y每个样本，其中alpha的平滑因子。有关详细信息，请参见Wikipedia。

解决方案2：最大+平均

您对获得平均值和最大值很感兴趣。例如，监视最大值可能对组件尺寸确定很有用。

if (y > max)
  max = y;

解决方案3：标准差+最大值+平均值

为什么？

请参见以下图表。有3种不同形状的信号。甲三角形，一个正弦和一个尖峰信号。它们都是周期性的，具有相同的周期，相同的幅度，相同的平均值以及相同的min和max。但是，它们具有不同的形状，实际上它们的故事完全不同...

差异之一是标准偏差。因此，我建议您扩展测量范围并包括标准偏差。问题是计算它的标准方法消耗CPU。希望有一种解决方案。

怎么样？

使用直方图方法。建立所有测量值的直方图，并有效地提取数据集的统计信息（最小，最大，平均，标准差）。直方图将具有相同值或相同值范围的值组合在一起。优点是避免存储所有样本（时间计数增加），并且可以对有限数量的数据进行快速计算。

在开始获取测量值之前，创建一个数组来存储直方图。它是一维整数数组，大小为32，例如：

int histo[32];

根据电流表的范围，调整以下功能。例如，如果范围为256mA，则表示直方图的bin 0将增加0到8 mA之间的值，bin 1将增加8到16 mA之间的值等等...因此，您需要一个整数来表示直方图箱号：

short int index;

每次获取样本时，请找到相应的bin索引：

index = (short int) floor(yi);

并增加这个垃圾箱：

histo[index] += 1;

要计算平均值，请运行以下循环：

float mean = 0;
int N = 0;
for (i=0; i < 32 ; i++) {
  mean = i * histo[i]; // sum along the histogram
  N += i; // count of samples
}
mean /= N; // divide the sum by the count of samples.
mean *= 8; // multiply by the bin width, in mA: Range of 256 mA / 32 bins = 8 mA per bin.

要计算标准偏差，请运行以下循环：

float std_dev = 0;

for (i=0; i < 32 ; i++) {
  std_dev = (i - mean) * (i - mean) * histo[i]; // sum along the histogram
}
std_dev /= N; // divide the sum by the count of samples.
std_dev = sqrt(std_dev); // get the root mean square to finally convert the variance to standard deviation.

直方图方法的策略是对几个bin进行慢速操作，而不是对所有采集的信号样本进行慢速操作。样本量越长越好。如果需要更多详细信息，请阅读此有趣的页面直方图，Pmf和Pdf。

您正确理解了这个问题：您需要获得PWM的“平均值”，就像用于测量的电表一样。

您可以对A1,2,3信号使用RC滤波器，其时间常数至少是PWM周期的十倍。这意味着，如果您的PWM周期为10微秒，则RC时间常数应为100微秒。例如10kOhms x 10nF = 100us

更好的解决方案是像这样在微控制器中数字滤波信号：

float y = (1-0.99)*input + 0.99*y; 

更改“ 0.99”值以更改此数字滤波器的时间常数。