【文章內(nèi)容簡介】 電平的占空比以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速 。 定時器基礎(chǔ)知識介紹： 定時器 A功能模塊主要包括： （ 1）計數(shù)器部分：輸入的時鐘源具有 4種選擇，所選定的時鐘源又可以 4 或 8 分頻作為計數(shù)頻率， Timer_A可以通過選擇 4 種工作模式靈活的完成定時 /計數(shù)功能。 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計競賽總結(jié)報告 （ 2）捕獲 /比較器：用于捕獲事件發(fā)生的時間或產(chǎn)生時間間隔，捕獲比較功能的引入主要是為了提高 I/O 端口處理事務(wù)的能力和速度。不同的 MSP430 單片機(jī)， Timer_A 模塊中所含有的捕獲 /比較器的數(shù)量不一樣，每個捕獲 /比較器的結(jié)構(gòu)完全相同，輸入和輸出都取決于各自所帶控制寄存器的控制字， 捕獲 /比較器相互之間完全獨(dú)立工作。 （ 3）輸出單元 ：具有可選的 8種輸出模式，用于產(chǎn)生用戶需要的輸出信號，支持 PWM輸出。 定時器工作模式 ： （ 1）停止模式：停止模式用于定時器暫停，并不發(fā)生復(fù)位，所有寄存器現(xiàn)行的內(nèi)容在停止模式結(jié)束后都可用。當(dāng)定時器暫停后重新計數(shù)時，計數(shù)器將從暫停時的值開始以暫停前的計數(shù)方向計數(shù)。例如，停止模式前， Timer_A工作于增 /減計數(shù)模式并且處于下降計數(shù)方向，停止模式后， Timer_仍然工作于增 /減計數(shù)模式，從暫停前的狀態(tài)開始繼續(xù)沿著下降方向開始計數(shù)。如果不需這樣，則可 通過 TACTL 中的 CLR 控制位來清除定時器的方向記憶特性。 （ 2）增計數(shù)模式：捕獲 /比較寄存器 CCR0 用作 Timer_A 增計數(shù)模式的周期寄存器，因為CCR0 為 16 位寄存器，所以該模式適用于定時周期小于 65536 的連續(xù)計數(shù)情況。計數(shù)器 TAR可以增計數(shù)到 CCR0 的值，當(dāng)計數(shù)值與 CCR0 的值相等 (或定時器值大于 CCR0 的值 )時，定時器復(fù)位并從 0 開始重新計數(shù)。增計數(shù)模式的計數(shù)過程如圖 42 所示。通過改變 CCR0 值，可重置計數(shù)周期。 圖 增計數(shù)模式示意圖 （ 3）連續(xù)計數(shù)模式：在需要 65536 個時鐘周期的定時應(yīng) 用場合常用連續(xù)計數(shù)模式。定時器從當(dāng)前值計數(shù)到單增到 0FFFFH 后，又從 0 開始重新計數(shù)如圖 43 所示。 圖 連續(xù)計數(shù)模式 （ 4）增 /減計數(shù)模式 需要對稱波形的情況經(jīng)?？梢允褂迷?/減計數(shù)模式，該模式下，定時器先增計數(shù)到 CCR0的值，然后反向減計數(shù)到 0。計數(shù)周期仍由 CCR0 定義，它是 CCR0 計數(shù)器數(shù)值的 2 倍。計數(shù)器的計數(shù)過程如圖 44 所示。 圖 增 /減計數(shù)模式 PWM信號的產(chǎn)生 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計競賽總結(jié)報告 使用定時器可以產(chǎn)生 定時中斷、定時脈沖和 PWM（脈寬調(diào)制）信號 。 PWM信號是一種具有固定周期 T和不定占空比 t的數(shù)字信號， 如果 PWM信號的占空比隨時間變化，那么會產(chǎn)生不同的模擬信號。 定時器的 PWM輸出 一共有 8種模式 ： 在輸出模式 7下，每次 TA計數(shù)值超過 TACCRx時， TAx引腳會自動置低，當(dāng) TA計數(shù)至TACCR0時， TAx引腳會自動置高。因此實際的輸出波形就是 PWM調(diào)制方波。只需要改變 TACCR0的值即可改變 PWM方波周期，改變 TACCRx即可改變從 TAx引腳輸出信號的占空比： TACCRx越大，占空比越大。 差速轉(zhuǎn)向控制 該控制的基本原理是：轉(zhuǎn)向 時，智能小車的外側(cè)小輪的轉(zhuǎn)速增加，內(nèi)側(cè)下輪的轉(zhuǎn)速降低，并且增加的量和減少的量大小相等，小車的中心速度保持原直線行駛時的速度不變。 循跡模塊 模塊綜述： 作為小車自主循跡的主要部分，該部分必須完成小車精確地按照預(yù)定軌跡行駛的任務(wù)，華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計競賽總結(jié)報告 確保不偏離軌跡較遠(yuǎn)。該模塊采用一體式紅外對接管檢測黑線。本實驗中采用三路循跡，當(dāng)檢測到黑線時，紅外接收管接收到反射回來的紅外光，其輸出立即發(fā)生高低電平轉(zhuǎn)換，該信號經(jīng)放大器放大后送到單片機(jī)進(jìn)行處理。然后將處理后的結(jié)果發(fā)送到電機(jī)驅(qū)動模塊進(jìn)行校正。為了保證小車沿著黑線 行駛。我們將三路檢測器進(jìn)行并行排列，當(dāng)左（右）邊檢測到黑線時，小車左（右）轉(zhuǎn)，當(dāng)中間一個檢測到黑線時，小車直行，使得控制精度得以提高。 傳感器的安裝位置如圖所示： 邏輯設(shè)計： 開始 前方是否有障礙物 Y N 超聲波測距壁障模塊 模塊概述 左邊檢測到黑線 中間檢測到黑線 右邊檢測到黑線 左轉(zhuǎn) 前行 右轉(zhuǎn) 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計競賽總結(jié)報告 超聲波作為智能車避障的一種重要手段，以其避障實現(xiàn)方便，計算簡單，易于 做到實時控制，測量精度也能達(dá)到實用的要求，在未來汽車智能化進(jìn)程中必將得到廣泛應(yīng)用。我國作為一個世界大國，在高科技領(lǐng)域也必須占據(jù)一席之地，未來汽車的智能化是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展必然的，在這種情況下研究超聲波在智能車避障上的應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義，這將對我國未來智能汽車的研究在世界高科技領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位具有重要作用。 本模塊選用了超聲波測距模塊 HCSR04，它可以提供 2cm到 400cm的非接觸式距離感測功能，測距精度可達(dá)到 3mm，模塊包括超聲波發(fā)射器、接收器與控制電路。 本設(shè)計中，采用一個超聲波模塊，面對正前方，超聲波在距 離檢測方面能夠較準(zhǔn)確定位。該傳感器主要發(fā)射高頻超聲波，在遇到障礙物時發(fā)生像光一樣的反射和散射，從而通過發(fā)送和接受信號的時間得出距離，判斷是否要躲避前方的障礙物。 主要芯片介紹： HCSR04 實物如下圖。其中 VCC 供 5V 電源， GND 為地線， TRIG 觸發(fā)控制信號輸入， ECHO 回響號輸出， OUT口不使用。 圖 5 超聲波模塊 器件的主要主要參數(shù)如下： HCSR04超聲波的供電電壓為 DC5V。 MSP430的供電電壓為 。 其他電氣參數(shù)如下： 最遠(yuǎn)射程 4m 最近射程 2cm 測量角度 15176。 輸入觸發(fā)信號 10us的 TTL脈沖 輸出回響信號 輸出 TTL電平信號，與射程成比例 HCSR04的工作原理 給最少 10us的高電平信號，采用 IO口 TRIG觸發(fā)測距 。模塊自動發(fā)送 8個 40KHz的方波，自動檢測是否有信號返回；有信號返回，通過 IO口 ECHO輸出一個高電平，高電平持續(xù)的時間就是超聲波從發(fā)射到返回的時間。測試距離 =(高電平時間 *聲速） /2。 ? 時序特性 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計競賽總結(jié)報告 從以上時序圖中可知，只需要提供一個 10us以上的脈沖觸發(fā)信號，該模塊內(nèi)部 將發(fā)出8個 40KHz周期電平并檢測回波。一旦檢測到有回波信號則輸出回響信號?；仨懶盘柕拿}沖寬度與所測的距離成正比。由此通過發(fā)射信號到收到的回響信號時間間隔可以計算得到距離。公式： 距離 =(高電平時間 *聲速） /2。 開發(fā)板的中斷原理 首先查找數(shù)據(jù)手冊，了解單片機(jī)的端口情況： 其中與定時器相關(guān)的端口有： TA0： （ Timer） TA1： （ CCR1）、 （ CCR2） TA2： （ CCR0）、 （ CCR1） TB0： （ Timer）、 （ CCR3） 與 I/O 中斷相關(guān)的端口有： P1口： P2口： 、 、 、 、 MSP430F5529 總共有四個定時器， TA0、 TA TA TB0，其中 TA0 有 CCR0~CCR2，TA1 有 CCR0~CCR2， TA2 有 CCR0~CCR4， TB0 有 CCR0~CCR6。我們可以使用 TASSEL_x語句選擇時鐘，若為 2，則代表的是選擇內(nèi)部時鐘源 SMCLK，其頻率為 1MHz；當(dāng)數(shù)字為 1時，選擇內(nèi)部時鐘源 ACLK，其頻率為 32768Hz；當(dāng)數(shù)字為 0 和 3 時選擇的是外部時鐘。 此外我們使用 MC_x語句選擇計數(shù)器的計數(shù)方式，當(dāng)為增計數(shù)時， TA0 定時器內(nèi)部的計數(shù)器 TA0R 計到 CCR0 時歸零； 0 為停止計數(shù)； 2 為連續(xù)計數(shù)，指的是 TA0R 計數(shù)到 0xFFFF 時歸零； 3 為增減計數(shù)，指的是 TA0R 增計數(shù)到 CCR0 后進(jìn)行減計數(shù)，減到零后進(jìn)行增計數(shù)。 波形圖分別為： 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計競賽總結(jié)報告 圖 6 計數(shù)器計數(shù)模式 CCR 的值取值范圍為 0~65535。我們使用 ID_x語句，設(shè)置定時器的分頻； 引腳輸出有 7 種模式控制。使用語句 OUTMOD_x選擇，代表含義如下： OUTMODEx 輸出控制模式 說明 000(模式 0) 電平輸出 TA0x管教輸出電平由 OUT 控制位的值決定 001(模式 1) 延遲置位 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCRx值時， TA0x管腳置 1 010(模式 2) 取反 /清零 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCRx值時， TA0x管腳取反 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCR0 值時， TA0x管腳置 0 011(模式 3) 置位 /清零 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCRx值時， TA0x管腳置 1 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCR0 值時， TA0x管腳置 0 100(模式 4) 取反 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCRx值時， TA0x管腳取反 101(模式 5) 延遲清零 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCRx值時， TA0x管腳置 0 110(模式 6) 取反 /置位 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCRx值時， TA0x管腳取反 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCR0 值時， TA0x管腳置 1 111(模式 7) 清零 /置位 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCRx值時， TA0x管腳置 0 當(dāng)主計數(shù)器計至 TA0CCR0 值時， TA0x管腳置 1 對于定時器的中斷：其中包括溢出中斷、 IO 中斷等 。在比較模式下，當(dāng)主計數(shù)器計至TA0CCRx時，計數(shù)滿標(biāo)志位置 1。在捕獲模式下，當(dāng)捕獲條件發(fā)生，相應(yīng)的標(biāo)志位置 1。 CCIFG標(biāo)志會在中斷執(zhí)行后自動清零，其余模塊共用了中斷入口，他們的 CCIFG標(biāo)志位會根據(jù) TA0IV寄存器的值在知行相應(yīng)的中斷后自動清除。 中斷語句格式為 pragma vector=Timer0_A1_VECTOR//Timer0 代表的是 TA0或者 TB0， A1 代表 //的是處理的中斷由非 CCR0 的寄存器產(chǎn)生 //否則 A0 指的是由 CCR0 產(chǎn)生 __interrupt void TA0_ISR(void)//void 后面的名稱隨意，聲明是中斷服務(wù)程序 對于 I/O 中斷：可以使用 I/O 中斷的 I/O 口有 。與 I/O 中斷有關(guān)的標(biāo)志位有： 華中科技大學(xué) 2020 年 TI 杯電子設(shè)計競賽總結(jié)報告 PxIE 寄存器用于設(shè)置每一位 I/O 的中斷允許， PxIES 寄存器用于選擇每一位 I/O的中斷觸發(fā)沿。在使用 I/O口中斷之前，需要先將 I/O口設(shè)為輸入狀態(tài)，并允許改為 I/O的中斷，再通過 PxIES寄存器選擇觸發(fā)方式為上升沿觸發(fā)或者下降沿觸發(fā)。 PxIFG 寄存器是 I/O 中斷標(biāo)志寄存器： 0=中斷條件不成立 1=中斷條件曾經(jīng)成立過。無論中斷是否被允許，也不論是否正在 執(zhí)行中斷服務(wù)程序，只要對應(yīng) I/O 滿足了中斷條件， PxIFG 中的相應(yīng)位都會立即置 1 并保持，智能通過軟件人工清除。這種機(jī)制的目的在于最大可能的保證不會漏掉每一次中斷。在 MSP430 系列單片機(jī)中， P1口的 8 個中斷和 P2 口的 8 個中斷各公用了一個中斷入口，因此該寄存器另一個重要作用在于中斷服務(wù)程序中用于判斷哪一位 I/O 產(chǎn)生了中斷。 IO 中斷的語句格式為： pragma vector=PORT1_VECTOR __interrupt void P1_ISR(void)//聲明一個中斷服務(wù)程序，名為 P1_ISR() 模塊方案設(shè)計 硬件設(shè)計： 超聲波的指向性很強(qiáng)，能量消耗緩慢，在介質(zhì)中傳播的距離較遠(yuǎn)，并且利用超聲波檢測距離設(shè)計比較方便，計算處理較簡單。 總體方案的設(shè)計圖為： 障礙物 超聲波模塊 MSP430 驅(qū)動電路 圖 超聲波模塊總體方案 軟件設(shè)計： 已知電機(jī)的 IN1IN4使用單片機(jī)上的 ，兩個使能端對應(yīng)的端口分別為 對于使能端 ENA， ENB。 PWM使用定時器 TA1， TA1CCR0設(shè)定周期， TA1CCRTA1CCR2用來設(shè)置兩個電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 該超聲波程序在一直執(zhí)行 PWM驅(qū)動的同時持續(xù)進(jìn)行。使用端口 （ TB0 Timer）輸出信號到 Trig，使用 （ TA1 Timer）連接到 Echo。將定時器 TB0設(shè)置為增量計數(shù)模式， SMCLK為時鐘，為分頻，設(shè)置 TB0CCR0=655361。TB0CCR