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基于MSP430f5529 编码电机测速接收脉冲数 PWM调速 CCS编译器代码分析

时间：2018-12-14 14:48:50

前言：TI杯大学生电子设计竞赛，小车跟随行驶系统（C题）要求：设计一套小车跟随行驶系统，采用TI的MCU，由一辆领头小车和一辆跟随小车组成，要求小车具有循迹功能，且速度在0.3~1m/s可调......本文着重介绍速度在0.3~1m/s可调的一种实现方式。

正文：

一、首先了解编码电机测速的原理（移步下方链接，不过多赘述）

霍尔增量式编码器左右车轮线速度的计算_许你一世阳光yyds的博客-CSDN博客

二、获取关键参数，及oled使用

由此我们得知，我们需要获取的关键数据为编码电机轮子转动一个脉冲走过的距离（m/脉）这个参数可以是 1. 从你所购买电机的店铺获得；2. 自己做实验测出来。下面我们从2展开。

要测这个参数最起码，你的单片机要能够读取到编码电机A相或B相在旋转时所发出的脉冲，然后通过使用CCS debug功能看变量的值，或者直接显示在oled上。

四针oled显示：把下面链接的文件除了main.c（ main.c用三、里的）都复制到你的工程文件里面

msp430f5529——OLED屏显示文字与图片_会动的栗子的博客-CSDN博客_msp430oled显示

三、获取脉冲数代码（注释的内容可完全删除也不会影响）

原理：定时器中断（连续计数模式），配置上升沿捕获，我在完整代码上注释了 X_1=0;X_2=0; （将这两个变量定时清0）的语句，此时的代码只能进行获取脉冲总数的实验，并不能获得当前速度。

main.c

#include <msp430.h>#include "oled.h"#include "type.h"#include "bmp.h"//#include "motor.h" 这是我自己写的电机控制代码，无关紧要，对应的是下面调试电机转向//num代表每个定时器周期内（也就是0.4619989秒内）的脉冲数，X代表从单片机开始工作时记录的脉冲总数int num1=0; //对应P2.0引脚int num2=0; //对应P2.4int X_1=0; //对应P2.0int X_2=0; //对应P2.4float PID_calc(float Set_Temp , float V_1) //PID算法子程序输入：（目标值，当前值）{float P=0.800,I=0.15,D=800.0;//初始化P,I,D，当前值，设置值常数float PID_OUT=0,PWM_Duty=0; //PID输出float P_OUT=0,I_OUT=0,D_OUT=0; //比例输出，积分输出，微分输出float Current_Error=0, Last_Error=0; //当前误差最后误差float Sum_Error=0,Prev_Error=0;//误差积分float Gain=1.2,PID_I_MAX=100.0,PID_I_MIN=-100.0,V_DATA_MAX=100,V_DATA_MIN=0;float Rate;//误差变化率Current_Error = Set_Temp - V_1;//当前误差Sum_Error +=Current_Error;//误差积分Prev_Error = Last_Error;//存储误差积分Last_Error = Current_Error;//存储误差分析Rate = Current_Error-Last_Error;//变化速率计算if(Rate>10)//不让ta大于5也不让ta小于5Rate = 10;if(Rate<-10)Rate = -10;P_OUT = P*Gain*Current_Error;//比列项I_OUT = I*Gain*Sum_Error;//积分项//积分限幅处理if( I_OUT>PID_I_MAX ) I_OUT = PID_I_MAX;//不能超过最大值不能低于最小值if( I_OUT<PID_I_MIN ) I_OUT = PID_I_MIN;//微分输出处理D_OUT = D*Gain*Rate;PID_OUT = P_OUT + I_OUT + D_OUT ;//if ( PID_OUT >= V_DATA_MAX ) PID_OUT = V_DATA_MAX;//if ( PID_OUT <= V_DATA_MIN ) PID_OUT = V_DATA_MIN;return PID_OUT;}float speed1(int num)//金属电机下面的0.000556906就是我测得我电机 m/脉的参数{float v;//v = (num * 0.000556906) / 0.4619989;//这里把测得的 m/脉取代0.000556906算出来的是m/sv = num * 1.2054271124;//mm/s 这句我为了方便单片机计算，自己已经算好了系数然后转化为mm/sreturn v;}float speed2(int num)//小蓝电机如果你只是做一辆小车，就写一个speed计算函数就好了{float v;//v = (num * 0.00037109091) / 0.4619989;v = num * 0.8032289903;//mm/sreturn v;}void TIME()//配置编码电机接口{TA2CTL |= TASSEL_2+MC_2+TAIE+TACLR+ ID_3;//SMCLK,连续计数，中断允许，计数器清零TA1CTL |= TASSEL_2+MC_2+TAIE+TACLR+ ID_3;//SMCLK,连续计数，中断允许，计数器清零TA2CCTL1 |= CAP+CM_1+CCIS_0+CCIE; //捕获模式，上升沿捕获，CCI1A输入，同步捕获，中断允许TA1CCTL1 |= CAP+CM_1+CCIS_0+CCIE; //捕获模式，上升沿捕获，CCI1A输入，同步捕获，中断允许P2DIR &=~ BIT4;//初始化捕获IO口P2SEL |= BIT4;P2DIR &=~ BIT0;//初始化捕获IO口P2SEL |= BIT0;}int main(void){WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; // stop watchdog timerOLED_Init(); //初始化OLED_Clear(); //清屏TIME();//motor_IO_int();__bis_SR_register(GIE);float v1;float v2;//X_1 p2.0//X_2 p2.4//front();float a1=0, b1=0;int a2=0, b2=0;while(1){ /*v1=speed2(num1);v2=speed2(num2);a1 = v1 ; //左电机接的是p2.0b1 = v2 ; //右a1 = a1 + PID_calc(294 , a1);b1 = b1 + PID_calc(303 , b1);*/OLED_ShowNum(1,1,num1,3,20);//oled第一行显示P2.0引脚捕获的脉冲数OLED_ShowNum(1,2,num2,3,20);//第二行显示p2.4//__delay_cycles(1600000);//1s延时//a2 = a1 * 0.3;//b2 = b1 * 0.3;//mv_go(a2,b2);//front();//OLED_ShowNum(1,1,v1,3,20);//OLED_ShowNum(1,2,v2,3,20);}/*调试电机转向mv_go(90,90);__delay_cycles(1600000*2);mv_back(90,90);__delay_cycles(1600000*2);mv_L(90,90);__delay_cycles(1600000*2);mv_R(90,90);*/}#pragma vector=TIMER2_A1_VECTOR //Timer_A捕获中断向量 p2.4__interrupt void Timer_A2(void){switch(TA2IV){case 2 : X_2++; break;default:num2=X_2 ; //X_2=0; 注释这里，代码只能实现测 m/脉去掉注释则只能测速度break;}}#pragma vector=TIMER1_A1_VECTOR //Timer_A捕获中断向量 p2.0__interrupt void Timer_A1(void){switch(TA1IV){case 2 : X_1++; break;default:num1=X_1 ; //X_1=0; 同X_2break;}}

通过上面的代码，自己用手转动车轮一周记录数值变化，多测几次取平均值，然后依据一、自己算 m/脉然后替换掉speed1或2里的公式.

四、匀速0.3m/s总代码main.c + motor.h + motor.c 参考

main.c

#include <msp430.h>#include "oled.h"#include "type.h"#include "bmp.h"#include "motor.h" //num代表每个定时器周期内（也就是0.4619989秒内）的脉冲数，X代表从单片机开始工作时记录的脉冲总数int num1=0; //对应P2.0引脚int num2=0; //对应P2.4int X_1=0; //对应P2.0int X_2=0; //对应P2.4float PID_calc(float Set_Temp , float V_1) //匀速PID算法子程序输入：（目标值，当前值）{float P=0.800,I=0.15,D=800.0;//初始化P,I,D，当前值，设置值常数float PID_OUT=0,PWM_Duty=0; //PID输出float P_OUT=0,I_OUT=0,D_OUT=0; //比例输出，积分输出，微分输出float Current_Error=0, Last_Error=0; //当前误差最后误差float Sum_Error=0,Prev_Error=0;//误差积分float Gain=1.2,PID_I_MAX=100.0,PID_I_MIN=-100.0,V_DATA_MAX=100,V_DATA_MIN=0;float Rate;//误差变化率Current_Error = Set_Temp - V_1;//当前误差Sum_Error +=Current_Error;//误差积分Prev_Error = Last_Error;//存储误差积分Last_Error = Current_Error;//存储误差分析Rate = Current_Error-Last_Error;//变化速率计算if(Rate>10)//不让ta大于5也不让ta小于5Rate = 10;if(Rate<-10)Rate = -10;P_OUT = P*Gain*Current_Error;//比列项I_OUT = I*Gain*Sum_Error;//积分项//积分限幅处理if( I_OUT>PID_I_MAX ) I_OUT = PID_I_MAX;//不能超过最大值不能低于最小值if( I_OUT<PID_I_MIN ) I_OUT = PID_I_MIN;//微分输出处理D_OUT = D*Gain*Rate;PID_OUT = P_OUT + I_OUT + D_OUT ;//if ( PID_OUT >= V_DATA_MAX ) PID_OUT = V_DATA_MAX; 如果你有加速度存在限制的需求，则启用这两句//if ( PID_OUT <= V_DATA_MIN ) PID_OUT = V_DATA_MIN;return PID_OUT;}float speed1(int num)//金属电机{float v;//v = (num * 0.000556906) / 0.4619989;v = num * 1.2054271124;//mm/sreturn v;}float speed2(int num)//小蓝电机{float v;//v = (num * 0.00037109091) / 0.4619989;v = num * 0.8032289903;//mm/sreturn v;}void TIME()//配置编码电机接口{TA2CTL |= TASSEL_2+MC_2+TAIE+TACLR+ ID_3;//SMCLK,连续计数，中断允许，计数器清零TA1CTL |= TASSEL_2+MC_2+TAIE+TACLR+ ID_3;//SMCLK,连续计数，中断允许，计数器清零TA2CCTL1 |= CAP+CM_1+CCIS_0+CCIE; //捕获模式，上升沿捕获，CCI1A输入，同步捕获，中断允许TA1CCTL1 |= CAP+CM_1+CCIS_0+CCIE; //捕获模式，上升沿捕获，CCI1A输入，同步捕获，中断允许P2DIR &=~ BIT4;//初始化捕获IO口P2SEL |= BIT4;P2DIR &=~ BIT0;//初始化捕获IO口P2SEL |= BIT0;}int main(void){WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD; // stop watchdog timerOLED_Init(); //初始化OLED_Clear(); //清屏TIME();//接编码电机引脚初始化motor_IO_int();//接线l298n的引脚初始化__bis_SR_register(GIE);float v1;float v2;//X_1 p2.0//X_2 p2.4front();float a1=0, b1=0;int a2=0, b2=0;while(1){v1=speed2(num1); //自己写哪个speed函数就改成哪个v2=speed2(num2);a1 = v1 ; //左电机b1 = v2 ;a1 = a1 + PID_calc(300 , a1);//这里的用法是我希望速度在300mm/s，用增量式计算出a1（pwm输出）当前的值/*但是这里的a1还不是pwm输出值，具体看下方a2，由于摩擦力的存在，设300mm/s不一定就是0.3m/s，具体看oled上，如果显示290，那可以设成（310，a1）具体多少自己调*/b1 = b1 + PID_calc(300 , b1);//与a1同理OLED_ShowNum(1,3,a1,3,20);OLED_ShowNum(1,4,b1,3,20);//__delay_cycles(1600000);//1s延时a2 = a1 * 0.3;//设置好速度和pwm的比例转换/*经实验，我的motor.c中TA0CCR0设置为100，我的电机在pwm输出90时速度大致为0.3m/s，90（下方调试电机转向的第一句）与300（mm/s）数字比例为0.3*/b2 = b1 * 0.3;mv_go(a2,b2);//front();OLED_ShowNum(1,1,v1,3,20);OLED_ShowNum(1,2,v2,3,20);}/*调试电机转向mv_go(90,90);__delay_cycles(1600000*2);mv_back(90,90);__delay_cycles(1600000*2);mv_L(90,90);__delay_cycles(1600000*2);mv_R(90,90);*/}#pragma vector=TIMER2_A1_VECTOR //Timer_A捕获中断向量 p2.4__interrupt void Timer_A2(void){switch(TA2IV){case 2 : X_2++; break;default:num2=X_2 ; X_2=0;break;}}#pragma vector=TIMER1_A1_VECTOR //Timer_A捕获中断向量 p2.0__interrupt void Timer_A1(void){switch(TA1IV){case 2 : X_1++; break;default:num1=X_1 ; X_1=0;break;}}

motor.c

#include <motor.h>/*430与l298n接线GPIO P4.0 -> IN2GPIO P4.3 -> IN1GPIO P4.1 -> IN3GPIO P4.2 -> IN4PWM P1.4 -> ENAPWM P1.5 -> ENB*/void motor_IO_int() //初始化{P1DIR |=(BIT4+BIT5); //pwmP4DIR |=(BIT0+BIT1+BIT2+BIT3); //gpioP1SEL |=(BIT4+BIT5);//TA0CCR3 = 50; //定时器装载值，周期50us,即频率1*10^6/50=20kHzTA0CCR0 = 100;TA0CCTL3 = OUTMOD_7;TA0CCTL4 = OUTMOD_7;TA0CTL= TASSEL_2 +MC_1;// P6DIR = 0x00; //左右寻迹传感器.// P6SEL = 0x00;}void mv_back(pwmL,pwmR){PWM(pwmL,pwmR); //占空比：32*100/50= 64%，即2倍关系P4OUT &= ~BIT0;P4OUT |= BIT3;P4OUT &= ~BIT2;P4OUT |= BIT1;}void mv_L(pwmL,pwmR){PWM(pwmL,pwmR);P4OUT |= BIT3;P4OUT &= ~BIT0;P4OUT |= BIT2;P4OUT &= ~BIT1;}void mv_R(pwmL,pwmR){PWM(pwmL,pwmR);P4OUT |= BIT0;P4OUT &= ~BIT3;P4OUT |= BIT1;P4OUT &= ~BIT2;}void front(){PWM(90,90); //90是0.3m/sP4OUT |= BIT0;P4OUT &= ~BIT3;P4OUT |= BIT2;P4OUT &= ~BIT1;}void mv_go(pwmL,pwmR){PWM(pwmL,pwmR); //占空比：32*100/50= 64%，即2倍关系P4OUT |= BIT0;P4OUT &= ~BIT3;P4OUT |= BIT2;P4OUT &= ~BIT1;}void stop(){PWM(0,0);}void PWM(int pwm1,int pwm2) //左，右电机pwm{TA0CCR3 = pwm1; // CCR1 PWM 占空比定义TA0CCR4 = pwm2; // CCR2 PWM 占空比定义}void left(){mv_L(83,83);}

motor.h

#ifndef _motor_h#define _motor_h#include <msp430.h>void motor_IO_int();void front();void slowgo();void stop();void back();void turn_L();void turn_R();void PWM(int pwm1,int pwm2);#endif

五、总共使用的引脚

430与l298n接线：

GPIO P4.0 -> IN2

GPIO P4.3 -> IN1

GPIO P4.1 -> IN3

GPIO P4.2 -> IN4

PWM P1.4 -> ENA

PWM P1.5 -> ENB

430与编码电机：

P2.0 -> 左电机的编码器脉冲输出（A，B相随便选）

P2.4 -> 右电机的编码器脉冲输出（A，B相随便选）

430与oled：