这是我的第一篇文章。我是一个试图做硬件的软件人，所以要温柔:)
我正在设计一个小电路（见图片，对于混乱的原理图感到抱歉），它简单明了是一堆 MOSFET 和栅极驱动器，旨在从微控制器切换电阻负载（在这种情况下为加热垫）。加热元件通常具有非常低的电阻，为了将功率保持在所需水平，MOSFET 使用 PWM 进行切换。
除了纯粹的功能方面，还有一个教育重点。我希望能够获得有关当前消耗的一些反馈。而我天真的方法是简单地放入一些电流分流传感器 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”，我实际上得到了一些看起来像平均电流（使用 PWM 切换）的东西。但是，当将相同的输出连接到 atmega328p ADC 时，我会得到一些不好的读数 - 这里的速度会在 PWM 方波的任何位置读取。
所以，我的问题是如何在使用 PWM 切换时测量（平均）电流？
看起来设计还可以，但我可能错过了设计以及在这种情况下应该如何使用 uC ADC 的一些内容。
有时候看起来很简单的事情并不那么简单。你有一个相当复杂的测量要做，但你想要一个简单的结果。您要测量的不是恒定的，而是随时间变化的。根据您的要求级别，您可以计算当前消耗的一个或多个属性。这些属性将帮助您更好地监控系统。我向您建议 3 种不同的解决方案，其复杂性不断增加。
你想得到一个单值结果 -> 及时得到平均值。正如@akellyirl 已经提出的那样，使用低通滤波器。计算float y = alpha*input + (1-alpha)*y每个样本，其中alpha是平滑因子。有关详细信息，请参阅维基百科。
您对获取平均值和最大值很感兴趣。例如，监视最大值对于组件尺寸标注可能很有趣。
if (y > max)
max = y;
请参见下面的图表。有3种不同形状的信号。一个三角形、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、相同的振幅、相同的平均值以及相同的最小值和最大值。但是，它们有不同的形状，而且确实有着完全不同的故事……
差异之一是标准偏差。这就是为什么我建议你扩展你的测量，并包括标准偏差。问题是计算它的标准方法是消耗 CPU 的。希望有一个解决方案。
使用直方图方法。构建所有测量值的直方图，并有效地提取数据集的统计信息（最小值、最大值、平均值、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（及时增加计数），并在有限数量的数据上进行快速计算。
在开始获取测量值之前，创建一个数组来存储直方图。它是一个一维整数数组，大小为 32，例如：
int histo[32];
根据电流表的量程，调整以下功能。例如，如果范围是 256mA，这意味着直方图的 bin 0 将增加 0 到 8 mA 之间的值，bin 1 增加 8 到 16 mA 之间的值等等......所以，你需要一个整数来表示直方图 bin 编号：
short int index;
每次得到一个样本，找到对应的bin索引：
index = (short int) floor(yi);
并增加这个 bin：
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少数几个 bin 进行慢速操作，而不是对所有获取的信号样本进行操作。样本量越长越好。如果您想了解更多详细信息，请阅读这个有趣的页面The Histogram, Pmf and Pdf。
您正确理解了这个问题：您需要获得 PWM 的“平均值”，就像您用于测量的仪表一样。
您可以在 A1、2、3 信号上使用 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，那么 RC 时间常数应为 100 微秒。例如 10kOhms x 10nF = 100us
更好的解决方案是在微控制器中对信号进行数字过滤，如下所示：
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。