描述

介紹

Tile Tapper 是一款完全由 TI MSP430 控制的機器人，旨在播放 iPad 應(yīng)用程序“Piano Tiles”。為此，使用光敏電阻來確定穿過屏幕的給定圖塊是黑色還是白色。然后，四個相應(yīng)的電機使用此信息來敲擊觸控筆并在正確的時間敲擊瓷磚。

守則_

定時器 A：發(fā)生在 MSP430 定時器 A 中，ADC10 DTC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器，數(shù)據(jù)傳輸控制）用于讀取四個光敏電阻并將它們的值每 0.5 毫秒發(fā)送到一個全局四元素整數(shù)數(shù)組。在 ADC10 ISR（中斷服務(wù)程序）中，這四個光敏電阻與特定電機相關(guān)聯(lián)并為其讀數(shù)指定閾值。這些閾值決定電機看到的是白色還是黑色，從而決定手寫筆是否應(yīng)該在屏幕上輕敲。

定時器 B：在定時器 B 中同時發(fā)生，“向上”或“向下”命令用于使用每個電機的數(shù)字 I/O 引腳設(shè)置手動 PWM 信號的占空比。時鐘每 20 毫秒循環(huán)一次計數(shù)器，以創(chuàng)建 50 Hz 的 PWM 頻率，這是伺服電機所要求的。

機械設(shè)計

最初的原型是使用卡板、扎帶和膠水制成的，以便快速組裝。這允許有效的概念驗證，并最終確定最終設(shè)計的電機、光敏電阻和電線長度的位置。在圖 2 和圖 3 中，顯示了光敏電阻支架和電機外殼的紙板原型。對于最終設(shè)計，3D 打印用于制造將電機固定到位的外殼。亞克力被切割并用于將光敏電阻固定在瓷磚列上方，以讀取四行每一行中的瓷磚。最終原型如圖 4 所示。

圖 2：光敏電阻閾值測試

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圖 3：初始紙板原型

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圖 4：最終原型

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痛點

軟件：

在該項目中要解決的最突出問題是 MSP430 上可用的定時器數(shù)量有限。知道定時器 A 最終將僅用于讀取光敏電阻并使用 ADC10 DTC 全局存儲它們，確定如何在一個定時器內(nèi)使用 PWM 信號控制所有四個伺服電機成為一項挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)最終通過在正確的時間手動設(shè)置數(shù)字 I/O 引腳的高電平和低電平來為電機創(chuàng)建必要的 PWM 信號來解決。

下一個挑戰(zhàn)是確定計時器的合適速度。最初，兩個定時器都使用 0.1 毫秒的時鐘周期，因此光敏電阻會快速更新，伺服電機幾乎會立即響應(yīng)。伺服電機需要頻率為 50 Hz 或周期為 20 ms 的輸入信號。使用 0.1 毫秒的時鐘周期允許我們使用 200 個時鐘周期來產(chǎn)生我們的 PWM 周期。可以使用 3% - 13% 或 6 - 26 個時鐘周期高電平的 PWM 占空比控制整個范圍的伺服電機，而其余時鐘周期則為低電平。

0.1 毫秒的時鐘周期最終成為問題，因為微處理器無法在 DTC 中進行采樣和轉(zhuǎn)換，也無法足夠快地切換 I/O 引腳以產(chǎn)生 50 Hz 的頻率，從而導(dǎo)致電機無法使用。

最終時鐘周期為 0.5 毫秒，這是采樣速度與 MSP430 產(chǎn)生 50 Hz PWM 的能力之間的平衡。該時鐘周期對應(yīng)于 40 個時鐘周期的 PWM 周期。雖然這仍然是播放 Piano Tiles 的相對較慢的速度并且限制了 PWM 占空比的可用選項（2-5 個周期對應(yīng)于僅 4 個觸控筆角度），但它允許光敏電阻讀數(shù)和占空比設(shè)置之間相對較快的響應(yīng)時間。

硬件：

在為該項目編譯和微調(diào)軟件后，組件裝配和約束出現(xiàn)了一些問題。首先要解決的問題之一是使用的備用伺服電機的電線長度以及連接光敏電阻的電線長度。連接到電機的三線帶相當(dāng)短，如果不從多個方向拉動電路板，很難將所有電機定位在 iPad 周圍。為了解決這個問題，將延長線與每根電線收縮管焊接在一起以避免短路。這些是我們功能性總裝的關(guān)鍵組成部分。下面的圖 5 顯示了這些延長線之一的一端圖像。進行了類似的焊接以延長連接到光敏電阻的電線。

圖 5：伺服電機延長線

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另一個痛點是 iPad 本身周圍的電機和光敏電阻的限制。

結(jié)論

在開展此項目時，M&P430 團隊探索了如何將 MSP430 應(yīng)用于從業(yè)余電子產(chǎn)品到現(xiàn)實技術(shù)的廣泛項目。該項目將處理器推向了極限，平衡了處理能力和速度，以實現(xiàn)其設(shè)計目標(biāo)。