描述

介紹

對(duì)于熟悉 Arduino IDE 的digitalRead()和digitalWrite()的人來(lái)說(shuō)，德州儀器的 Code Composer Studio 的端口方向和按位操作可能看起來(lái)有點(diǎn)陌生。但是請(qǐng)相信我，一旦您習(xí)慣了它，您將立即使用 PIC 和 MSP430 等廉價(jià) MCU 制作史詩(shī)般的項(xiàng)目！

我們將使用MSP430 G2553 超值系列 MCU 隨附的MSP430G2 LaunchPad 開(kāi)發(fā)套件( http://www.ti.com/tool/MSP-EXP430G2)制作帶有 PD 控制器的線(xiàn)路跟隨機(jī)器人。如果您有不同的德州儀器 MCU，代碼應(yīng)該可以工作，但您必須檢查其數(shù)據(jù)表以確保引腳支持分配給它們的某些特殊功能。（如定時(shí)器和中斷）

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圖 1：MSP430G2 Launchpad 套件

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代碼編寫(xiě)器工作室

我們將在本教程中使用 CCS。你可以在這里下載。

安裝時(shí)，請(qǐng)確保您正在安裝 MSP430 設(shè)備的所有組件。安裝完成后，打開(kāi)應(yīng)用程序并使用 File > New創(chuàng)建一個(gè)新的CCS 項(xiàng)目。

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圖 2：CCS 項(xiàng)目創(chuàng)建

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確保選擇正確的目標(biāo)設(shè)備。您可以在插入電路板后使用識(shí)別按鈕讓 CCS 找出電路板。為您的項(xiàng)目命名并點(diǎn)擊完成。

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圖 3：main.c

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您將看到一個(gè)包含如上所示小代碼片段的 main.c 文件。主循環(huán)內(nèi)的亂碼用于停止看門(mén)狗計(jì)時(shí)器（呃！它旁邊的評(píng)論中這么說(shuō)）提示：嘗試突出顯示該行的一個(gè)單詞并按 F3。它將在單獨(dú)的文件中打開(kāi) msp430g2553.h 文件，并為您提供有關(guān)該寄存器的更多信息。

設(shè)置和清除位

我們將使用 DIR 寄存器作為如何設(shè)置和清除位的示例。

MSP430 使用 DIR（方向）寄存器將引腳設(shè)置為輸入或輸出。此外，G2553 有兩個(gè)端口，分別是 PORT1 和 2?？纯茨愕?Launchpad。您會(huì)看到標(biāo)記為 P1.0、P1.1、P2.0、P2.1 的引腳。他們的意思是什么？簡(jiǎn)單！P1.0 - 端口 1，引腳 0P2.3 - 端口 2，引腳 3

這些端口通常為 8 位長(zhǎng)，這就是為什么每個(gè)端口只能看到 8 個(gè)引腳的原因。兩個(gè)端口有兩個(gè) DIR 寄存器，它們遵循與引腳相同的命名約定。P1DIR - 端口 1 方向寄存器 P2DIR - 端口 2 方向寄存器

這些寄存器也是 8 位長(zhǎng)，每個(gè)位對(duì)應(yīng)于相關(guān)端口中的一個(gè)引腳。P1DIR的BIT1對(duì)應(yīng)P1.1（Port 1 Pin 1）

正確的。那么我們?nèi)绾螌⒁粋€(gè)引腳設(shè)置為輸入或輸出呢？如果將 DIR 寄存器中某個(gè)引腳的相應(yīng)位設(shè)置為 1，則該引腳為輸出。同樣，如果您將該位設(shè)置為 0，則該引腳將成為輸入。與 Arduino 的 pinMode() 函數(shù)相同。例如 - 為了將 P2.1 設(shè)置為輸出，我們必須將 P2DIR 的 BIT1 設(shè)為 1。CCS 允許我們通過(guò)使用 BIT0、BIT1、BIT2 輕松訪(fǎng)問(wèn)寄存器中的位。 ..BIT6 關(guān)鍵字。

嘗試在 CCS 中輸入“ BIT4 ”，突出顯示它并按 F3 鍵。您將能夠看到它們是如何在 msp430g2553.h 標(biāo)頭中定義的。

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圖 4：標(biāo)準(zhǔn)鉆頭

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您可以使用這些關(guān)鍵字和二進(jìn)制 OR 運(yùn)算符 ('|') 將寄存器中的各個(gè)位設(shè)置為 1。

P1DIR |= BIT2; //Set BIT2 of P1DIR to 1 (Sets pin 1.2 as an output)

我們正在使用 or 運(yùn)算符，以便我們只對(duì)所需的位進(jìn)行更改。

重置一個(gè)位是棘手的。這涉及使用二進(jìn)制 AND 運(yùn)算符 (' & ') 和二進(jìn)制補(bǔ)碼運(yùn)算符 (' ~ ')

P1DIR &= ~BIT2; //Set BIT2 of P1DIR to 0 (Sets pin 1.2 as an input)

接線(xiàn)組件

現(xiàn)在我們知道了基礎(chǔ)知識(shí)，讓我們開(kāi)始做生意。首先，使用下面的圖片作為組裝組件的指南。（我還附上了fritzing項(xiàng)目，你可以在本頁(yè)底部下載）

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圖 5：接線(xiàn)

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注意：我使用了 TCRT5000 和比較器附帶的 IR 線(xiàn)跟隨傳感器。這些東西相當(dāng)便宜。你可以花 2 美元買(mǎi)到其中的 5 個(gè)。epid=911730611&hash=item488ae89f86:g:TDUAAOSwlzZbIiiiI:rk:3: pf:0

聲明和全局變量

我們將首先聲明我們將使用的函數(shù)和全局變量的名稱(chēng)。

#include  
void MotorSetup();
void SetLeftMotorSpeed();
void SetRightMotorSpeed();
void SetSpeeds(int lspeed,int rspeed);
void IRSensorSetup();
void SonarSetup();
void ReadSonar();
int readLine();
void lineFollow();
void SetBrakes();
/**
* main.c
*/
unsigned int up_counter;
unsigned int distance_cm;
int val = 0;
int sensorpanelVal = 0;
int lastval = 0;
//PID Values
int error = 0;
int lasterror = 0;
#define BaseSpeed 160
#define Kp 18
#define Kd 30

引腳設(shè)置

讓我們首先設(shè)置引腳以使用我們的聲納。我正在使用單獨(dú)的函數(shù)，我將在主函數(shù)中調(diào)用一次。

void SonarSetup(){
   /* set P1.2 (TRIG)to output direction */
   P1DIR |= BIT2;
   P1OUT &= ~BIT2;                 // keep trigger at low
   /* Set P1.1 to input direction (echo)
   P1.1 is an input for Timer A0 - Compare/Capture input */
   P1DIR &= ~BIT1;
   // Select P1.1 as timer trigger input select (echo from sensor)
   P1SEL = BIT1;
   /* Timer A0 configure to read echo signal:
   Timer A Capture/Compare Control 0 =>
   capture mode: 1 - both edges +
   capture sychronize +
   capture input select 0 => P1.1 (CCI1A) +
   capture mode +
   capture compare interrupt enable */
   CCTL0 |= CM_3 + SCS + CCIS_0 + CAP + CCIE;
   /* Timer A Control configuration =>
   Timer A clock source select: 1 - SMClock +
   Timer A mode control: 2 - Continous up +
   Timer A clock input divider 0 - No divider */
   TA0CTL |= TASSEL_2 + MC_2 + ID_0;
   // Global Interrupt Enable
   _BIS_SR(GIE);
}

如果您想了解有關(guān)所用寄存器的更多信息，可以在此處查看 MSP430 G2553 數(shù)據(jù)表。

現(xiàn)在讓我們?cè)O(shè)置控制 L298N 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器所需的引腳。

void MotorSetup(){
   P2DIR |= BIT1+BIT5;//Pin 2.1 -> left motor speed Pin 2.5 -> Right Motor Speed
   P2SEL |= BIT1+BIT5;
   P1DIR |= BIT3+BIT4; // Set Pins 1.3 and 1.4 as outputs to control left motor direction
   P1DIR |= BIT5+BIT0; // Set Pins 1.5 and 1.6 as outputs to control right motor direction
   P1OUT &= ~(BIT1+BIT4+BIT5+BIT0); //set all pins to low
   /*** Timer1_A Set-Up ***/
   TA1CCR0 |= 200 - 1;
   TA1CCTL1 |= OUTMOD_7;
   TA1CCTL2 |= OUTMOD_7;
   TA1CCR1 |= 0;
   TA1CCR2 |= 0;
   TA1CTL |= TASSEL_2 + MC_1;
}

最后，讀取 5 個(gè)紅外傳感器的引腳。

void IRSensorSetup(){
   //Set IR sensor pins as inputs
   P2DIR &= ~(BIT0+BIT2+BIT3+BIT4); //Set pins 2.0,2.2,2.3,2.4 as inputs
   P1DIR &= ~(BIT6); //1.7 as inputs
}

輔助函數(shù)

讓我們創(chuàng)建一些幫助函數(shù)，使我們能夠輕松地控制我們的組件。這比把所有東西都塞進(jìn) main 函數(shù)要容易得多。

讀取聲納的輔助功能 -

void ReadSonar(){
   P1OUT ^= BIT2;              // assert
   __delay_cycles(10);         // 10us wide
   P1OUT ^= BIT2;              // deassert
   __delay_cycles(60000);      // 60ms measurement cycle
}

控制電機(jī)的功能 -

void SetLeftMotorSpeed(int speed){
   if (speed >0){
       P1OUT &= ~BIT3; // Pin 1.3 Low
       P1OUT |= BIT4; //Pin 1.4 High
       if(speed >199){
           speed = 199;//prevent CCR2 from being negative
       }
       TA1CCR1 = speed;
   }else if(speed <0){
       P1OUT |= BIT3; //1.3 High
       P1OUT &= ~BIT4; // Pin 1.4 Low
       speed = -speed;
       if(speed >199){
           speed = 199;//prevent CCR1 from being negative
       }
       TA1CCR1 = speed;
   }
}
void SetRightMotorSpeed(int speed){
   if (speed >0){
       P1OUT &= ~BIT5;//Pin 1.5 Low
       P1OUT |= BIT0; // Pin 1.3 Low
       if(speed >199){
           speed = 199;//prevent CCR2 from being negative
       }
       TA1CCR2 = speed;
   }else if(speed <0){
       P1OUT |= BIT0; //1.5 High
       P1OUT &= ~BIT6;//Pin 1.6 Low
       speed = -speed;
       if(speed >199){
           speed = 199; //prevent CCR2 from being negative
       }
       TA1CCR2 = speed;
   }
}
void SetSpeeds(int lspeed,int rspeed){
   SetLeftMotorSpeed(lspeed);SetRightMotorSpeed(rspeed);
}
void SetBrakes(){
   P1OUT &= ~BIT5;//Pin 1.5 Low
   P1OUT &= ~BIT0; // Pin 1.3 Low
   P1OUT &= ~BIT3; // Pin 1.3 Low
   P1OUT &= ~BIT4; //Pin 1.4 Low
   TA1CCR1 = 199;
   TA1CCR2 = 199;
}

聲納中斷處理程序

在觸發(fā)聲納后，您將需要這個(gè)時(shí)間讓 Echo 引腳變低。

#pragma vector=TIMER0_A0_VECTOR
__interrupt void Timer_A (void)
{
   if (CCTL0 & CCI)            // Raising edge
   {
       up_counter = CCR0;      // Copy counter to variable
   }
   else                        // Falling edge
   {
       // Formula: Distance in cm = (Time in uSec)/58
       distance_cm = (CCR0 - up_counter)/58;
   }
   TA0CTL &= ~TAIFG;           // Clear interrupt flag - handled
}

線(xiàn)路跟隨

首先，我們將創(chuàng)建一個(gè)函數(shù)來(lái)根據(jù)行的位置返回一個(gè)值。例如，如果黑線(xiàn)低于第一個(gè)傳感器，則函數(shù)將返回 1，如果黑線(xiàn)低于傳感器 2 和傳感器 3，則返回 2.5，依此類(lèi)推。

int readLine()
{
   //from left to right. Sensor output is high when white space is detected. Since we're seeking a black line,inputs are inverted
   int sensor1 = !(P2IN&BIT0);
   int sensor2 = !(P2IN&BIT2);
   int sensor3 = !(P2IN&BIT3);
   int sensor4 =!(P1IN&BIT6);
   int sensor5 =!(P2IN&BIT4);
   int sum = 0;
   sensorpanelVal = (sensor1 * 1)+(sensor2* 2)+(sensor3 * 3)+(sensor4 *4)+(sensor5*5);
   sum = (sensor1+sensor2+sensor3+sensor4+sensor5);
   if (sum ==0){
       return lastval;
   }else{
   lastval = sensorpanelVal/sum;
   return lastval;
   }
}

現(xiàn)在我們有了一個(gè)函數(shù)，可以根據(jù)黑線(xiàn)的位置給我們一個(gè)數(shù)值，我們可以開(kāi)發(fā)一個(gè)比例和微分控制器來(lái)將位置保持在指定的設(shè)定點(diǎn)。

void lineFollow(){
   val = readLine();
   error = 3-val;
   int delta = error-lasterror;
   int change = Kp*error + Kd*delta;
   lasterror = error;
   int leftMotorPWM = BaseSpeed -change;
   //constrain PWM
   if(leftMotorPWM >199){
       leftMotorPWM = 199;
   }else if(leftMotorPWM <0){
       leftMotorPWM = 0;
   }
   //constrain PWM
   int rightMotorPWM = BaseSpeed + change;
   if(rightMotorPWM >199){
           rightMotorPWM = 199;
   }else if(leftMotorPWM <0){
           rightMotorPWM = 0;
   }
   SetSpeeds(leftMotorPWM,rightMotorPWM);
}

就是這樣！現(xiàn)在您所要做的就是設(shè)置您的主要功能以運(yùn)行引腳設(shè)置，并連續(xù)運(yùn)行 linefollow() 功能。

int main(void)
{
   WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;   // stop watchdog timer
   MotorSetup();
   IRSensorSetup();
   SonarSetup();
   while(1){
       lineFollow();
       if(sensorpanelVal ==15){
           SetBrakes();
           while(1){
           }
       }
   }
}

在這里，如果機(jī)器人的所有 5 個(gè)傳感器都在黑色表面上，我將無(wú)限期地停止機(jī)器人，但您可以使用聲納讀數(shù)或任何其他 IR 傳感器值組合來(lái)觸發(fā)不同的功能。（可以使用全局變量 sensorpanelVal 訪(fǎng)問(wèn)）

結(jié)論

您可以修改 linefollow() 和 readline() 函數(shù)以適合您的機(jī)器人和您的表面。如果您需要在黑色表面上跟隨白線(xiàn)，請(qǐng)將 readline() 中的線(xiàn)替換為這些線(xiàn)，

int sensor1 = (P2IN&BIT0); //For white line on black surface
   int sensor2 = (P2IN&BIT2);
   int sensor3 = (P2IN&BIT3);
   int sensor4 = (P1IN&BIT6);
   int sensor5 = (P2IN&BIT4);

您還必須調(diào)整 Kp 和 Kd 值，以使您的機(jī)器人沿著線(xiàn)走而不會(huì)丟失它。