本帖最后由 pikka 于 2021-4-12 16:15 编辑
首先感谢TI和培训网在上个月的活动中为广大学子赠送了板卡，为正在准备国赛的同学提供了很大的帮助。
一、背景介绍MSP432E4系列MCU是是一款主流的高性能 MCU，主频可达120MHz ，拥有USB2.0和百兆以太网等丰富的外设。目前，网络上关于E4系列的分享还很少，因此撰写本文，为竞赛培训网的发展做一些微薄的贡献。根据代码分享活动面向入门者的要求，本文讨论时会尽量贴近初学者的知识范围，增加一些背景知识介绍。 舵机是一种伺服电机，主要用于需要输出某一控制角度的场合，例如机器人的肢体转动、控制航模和船模的舵。舵机可以根据控制信号转动到指定的角度，常见的转动范围有0-90°、0-180°、0-360°，使用时可按需购买。下图展示了两种常用的低成本舵机的图片。关于舵机的更多内容，可以参考这篇文章。 从图中可以看到，舵机共有三根引线，其中两根分别是电源和地，第三根则是信号线。舵机一般使用50Hz的不同脉宽的PWM波控制旋转角度，具体到今天我们控制的MG90S舵机，数据手册上标注占空比在5%至10%，对应-90°到90°的旋转角度。 现在我们已经知道，只要使单片机输出PWM波即可控制舵机旋转。MSP432E4系列单片机可以通过两种方法产生PWM波，分别是使用PWM外设和通用定时器外设的PWM模式。在这里，我想先花一些篇幅为初学的同学介绍定时器产生PWM波的原理。 定时器外设和PWM外设的内部都有计数器，启动定时器后，在输入时钟源的每一个周期中计数器的值都会增加或减少1（暂时不考虑中央对齐的情况），这两种情况分别称作向上计数和向下计数。以向上计数为例，计数器会从零开始不断增加，直至抵达一个预先设定好的数，然后重新从零开始计数，这称为计数器溢出，设定的值称为装载值（Load Value）。可以发现，可以通过预先设定的数，使得计数器溢出定时发生。例如假设时钟频率是10MHz，装载值是10000，那么计数器溢出的频率就是1KHz。而在PWM输出模式下，我们又另外指定一个值，并规定计数器小于这个值的时候是高电平，大于这个值的时候是低电平（当然反过来也是可以的），通过调整这个值的大小，我们就能控制高低电平的比例，这个值称作匹配值（Match Value）。这两个功能同时作用，就能够得到频率一定的、脉宽可调的PWM波了。
二、项目实战开发环境：CCSv10, SimpleLink MSP432E4 SDK 4.20.00.12, CCS Compiler, No RTOS 1 引子承接上文的例子，假如时钟频率是10MHz，要求产生占空比是50%的1KHz的PWM波，可以设定装载值为10000，匹配值为5000，使用Driverlib的函数表达出来就是下面的样子。 - TimerLoadSet(TIMER_BASE, TIMER, 10000);
- TimerMatchSet(TIMER_BASE, TIMER, 5000);
只需要在前后分别添加定时器时钟配置、引脚配置和定时器启动的代码，就能够生成PWM波了，非常简单。 2 预分频值与装载值 但驱动舵机却要复杂一点。舵机使用50Hz的PWM波控制，那么首先要产生50Hz的PWM波。假设MCU工作在120MHz的最高频率，并以系统时钟作为外设时钟源，那么需要的分频系数将是2 400 000，也就是0x249F00，根据上文的结论，我们可以把0x249F00设定为装载值。但是，MSP432E4系列单片机的PWM外设只有16bit的计数器，无法放入这个24bit的数，因此只能使用通用定时器的PWM模式。通用定时器的PWM模式下计数器同样只有16bit，因此还需要使用8bit的预分频（Prescaler）共同构成一个24bit的计数器。 了解过其他单片机的朋友可能对Prescaler并不陌生，在一些单片机，如STM32里面，它的作用是将时钟源的输入频率降低到原来的1/2^n，是一个真正的“分频”器，但在MSP432E4里则完全不是这个样子，预分频器的值代表了一个周期内16bit的计数器满溢（即到达最大值0xFFFF）的次数。举个例子，假设预分频器设置为1，装载值设定为0x2000，那么实际的计数数将会是1*0x10000+0x2000=0x12000。因此，需要的24bit装载值的前8bit放入预分频中，后16bit放入装载值中，即可达到目的。为了提高代码的可重用性，实际的值使用Systemclock变量计算得到，在更改主频时无需另作修改。 - uint32_t systemClock;
- /* Configure the system clock for 120 MHz */
- systemClock = SysCtlClockFreqSet((SYSCTL_XTAL_25MHZ | SYSCTL_OSC_MAIN |
- SYSCTL_USE_PLL | SYSCTL_CFG_VCO_480),
- 120000000);
-
- /* Period to generate 50Hz PWM */
- uint32_t total_period = systemClock/50;
-
- TimerPrescaleSet(TIMER3_BASE, TIMER_B, total_period>>16);
- TimerLoadSet(TIMER3_BASE, TIMER_B, total_period&=0xFFFF);
3 匹配值下面来探讨匹配值的设置。通用定时器的PWM模式只允许向下计数，且在默认情况下，PWM输出引脚在计数值小于匹配值时为高电平，大于匹配值时为低电平，结合前文数据手册所述的5%~10%占空比，以角度制表示的匹配值的计算函数如下所示： - /* angle参数取值范围为-90~90 */
- uint32_t pwmhigh_period_cal(int angle, uint32_t total_period){
- return (0.025*total_period*angle/90 + 0.925*total_period);
- }
计算的结果同样是一个24bit的数，分别写入预分频匹配值和匹配值，使用Driverlib的函数代码如下所示。当需要修改匹配值时，只需要重新计算一次匹配值，并同样调用函数更新预分频匹配值和匹配值即可。 - /* Initialize the servo to 0° */
- uint32_t high_period = pwmhigh_period_cal(0, total_period);
- TimerPrescaleMatchSet(TIMER_BASE, TIMER, high_period>>16);
- TimerMatchSet(TIMER_BASE, TIMER, high_period&0xFFFF);
-
- TimerEnable(TIMER3_BASE, TIMER_B);
4 硬件连接MG90S 舵机应使用5V供电，因此电源线（红线）连接LaunchPad的5V引脚，地线（棕线）连接GND引脚，本例程使用PA7输出，信号线（橙线）连接PA7引脚，具体连线可参考下面图片。 本程序会首先驱动MG90S舵机转动至0°并保持约3.1秒，随后会在90°和-90°两个角度来回摆动。舵机处于0°、90°和-90°时的状态分别如下图所示。
三、总结到这里你应该了解了MSP432E4系列MCU控制MG90S舵机的方法了，工程文件和MG90S数据手册见附件。此处再对整个程序流程进行梳理，方便读者理解。
MG90S_MSP432E401Y_Driverlib.zip
(275.53 KB, 下载次数: 58)
| 
投票
