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

前言：2022年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 
#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P2.4
int X_1=0;    //对应P2.0
int X_2=0;    //对应P2.4

float 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5
    Rate = 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= 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/s
    v = 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/s
    return 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/s
    return 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 timer
    OLED_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p2.0
        b1 = 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_2
            break;
  }
}

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 
#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P2.4
int X_1=0;    //对应P2.0
int X_2=0;    //对应P2.4

float 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5
    Rate = 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= 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/s
    return v;
}

float speed2(int num)//小蓝电机
{
    float v;
    //v = (num * 0.00037109091) / 0.4619989;
    v = num * 0.8032289903;//mm/s
    return 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 timer
    OLED_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  p2.4
    front();

    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 
/*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
 */
void motor_IO_int() //初始化
{
      P1DIR |=(BIT4+BIT5);  //pwm
      P4DIR |=(BIT0+BIT1+BIT2+BIT3);  //gpio

      P1SEL |=(BIT4+BIT5);

      //TA0CCR3 = 50;  //定时器装载值，周期50us,即频率1*10^6/50=20kHz
      TA0CCR0 = 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/s
     P4OUT |= 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 

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：

P3.5 -> SCL

P3.6 -> SDA

oled上显示内容：

第一行：左电机转速（mm/s）

第二行：右电机转速（mm/s）

第三行：左电机的PID输出值 （mm/s）

第四行：右电机的PID输出值 （mm/s）

参考学习自 化作尘大佬 ：MSP430项目设计：2020年TI杯大学生电子设计竞赛 坡道行驶电动小车（C题）循迹小车(分享项目展示视频与源码)_化作尘的博客-CSDN博客_msp430小车