描述

介紹

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

守則_

定時(shí)器 A：發(fā)生在 MSP430 定時(shí)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(gè)光敏電阻并將它們的值每 0.5 毫秒發(fā)送到一個(gè)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(gè)光敏電阻與特定電機(jī)相關(guān)聯(lián)并為其讀數(shù)指定閾值。這些閾值決定電機(jī)看到的是白色還是黑色，從而決定手寫(xiě)筆是否應(yīng)該在屏幕上輕敲。

定時(shí)器 B：在定時(shí)器 B 中同時(shí)發(fā)生，“向上”或“向下”命令用于使用每個(gè)電機(jī)的數(shù)字 I/O 引腳設(shè)置手動(dòng) PWM 信號(hào)的占空比。時(shí)鐘每 20 毫秒循環(huán)一次計(jì)數(shù)器，以創(chuàng)建 50 Hz 的 PWM 頻率，這是伺服電機(jī)所要求的。

機(jī)械設(shè)計(jì)

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(yàn)證，并最終確定最終設(shè)計(jì)的電機(jī)、光敏電阻和電線(xiàn)長(zhǎng)度的位置。在圖 2 和圖 3 中，顯示了光敏電阻支架和電機(jī)外殼的紙板原型。對(duì)于最終設(shè)計(jì)，3D 打印用于制造將電機(jī)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(cè)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(diǎn)

軟件：

在該項(xiàng)目中要解決的最突出問(wèn)題是 MSP430 上可用的定時(shí)器數(shù)量有限。知道定時(shí)器 A 最終將僅用于讀取光敏電阻并使用 ADC10 DTC 全局存儲(chǔ)它們，確定如何在一個(gè)定時(shí)器內(nèi)使用 PWM 信號(hào)控制所有四個(gè)伺服電機(jī)成為一項(xiàng)挑戰(zhàn)。這一挑戰(zhàn)最終通過(guò)在正確的時(shí)間手動(dòng)設(shè)置數(shù)字 I/O 引腳的高電平和低電平來(lái)為電機(jī)創(chuàng)建必要的 PWM 信號(hào)來(lái)解決。

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

0.1 毫秒的時(shí)鐘周期最終成為問(wèn)題，因?yàn)槲⑻幚砥鳠o(wú)法在 DTC 中進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換，也無(wú)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(jī)無(wú)法使用。

最終時(shí)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(shí)鐘周期對(duì)應(yīng)于 40 個(gè)時(shí)鐘周期的 PWM 周期。雖然這仍然是播放 Piano Tiles 的相對(duì)較慢的速度并且限制了 PWM 占空比的可用選項(xiàng)（2-5 個(gè)周期對(duì)應(yīng)于僅 4 個(gè)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(duì)較快的響應(yīng)時(shí)間。

硬件：

在為該項(xiàng)目編譯和微調(diào)軟件后，組件裝配和約束出現(xiàn)了一些問(wèn)題。首先要解決的問(wèn)題之一是使用的備用伺服電機(jī)的電線(xiàn)長(zhǎng)度以及連接光敏電阻的電線(xiàn)長(zhǎng)度。連接到電機(jī)的三線(xiàn)帶相當(dāng)短，如果不從多個(gè)方向拉動(dòng)電路板，很難將所有電機(jī)定位在 iPad 周?chē)?/font>為了解決這個(gè)問(wèn)題，將延長(zhǎng)線(xiàn)與每根電線(xiàn)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(zhǎng)線(xiàn)之一的一端圖像。進(jìn)行了類(lèi)似的焊接以延長(zhǎng)連接到光敏電阻的電線(xiàn)。

圖 5：伺服電機(jī)延長(zhǎng)線(xiàn)

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另一個(gè)痛點(diǎn)是 iPad 本身周?chē)碾姍C(jī)和光敏電阻的限制。

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結(jié)論

在開(kāi)展此項(xiàng)目時(shí)，M&P430 團(tuán)隊(duì)探索了如何將 MSP430 應(yīng)用于從業(yè)余電子產(chǎn)品到現(xiàn)實(shí)技術(shù)的廣泛項(xiàng)目。該項(xiàng)目將處理器推向了極限，平衡了處理能力和速度，以實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)目標(biāo)。