题目

设计基于MSP430的转速测量仪的软硬件。具体要求:

(1)转速测量仪测量范围100-3000r/m,测量精度为1%。

(2)可用任何小电机和传感器。

(3)在OLED上显示转速。

器件

所需要的器件：

（1）一个直流5V电机，一个轮子，一个霍尔传感器。

VCC:接电源正极3.3-5V

GND:接电源负极

DO：模块数字信号输出，有磁感应是输出低电平

（2）oled 0.96寸 IIC通信 四脚

（3）MSP430G2553开发板

原理

霍尔传感器测速原理：

霍尔传感器DO：模块数字信号输出，有磁感应是输出低电平。所以在轮子上贴2块磁铁后，电机带着轮子传，轮子每转一圈，霍尔传感器DO会输出2个低电平脉冲。意会一下，霍尔传感器DO的波形是这样：

单片机用定时器设置一个时间间隔比如一秒，数一下有多少个脉冲就可以知道一秒钟轮子赚了多少圈。

电机如何调节速度

下图是一个示意图，从上到下，VCC直接连点击M1，然后电机连接到RT1滑动变阻器。变阻器电阻越大，限制了电机的电流，那电机转速就降低。反之则升高。电容C4是为了存储电能，让电机工作得更顺畅。

程序设计

定时器中断设置，设置200ms中断，在中断里统计每秒转速和每分钟转速，中断设置：

cpp
    // 配置 Timer_A1
    TA1CCTL0 = CCIE;            // 开启CCRx中断
    TA1CCR0 = 50000;        // 200ms
    TA1CTL = TASSEL_2 + MC_1 + ID_3 + TACLR; // SMCLK, Up模式, 分频8, 清除定时器

程序设计上，设计2个不同尺度的时间，一个是1秒钟更新一次timer_count ,timer_count 就是一秒钟电机有多少转。另一个是一分钟更新一次timer_count_minute ，timer_count_minute 就是一分钟电机有多少转。

cpp
    tim_cnt++;
    if (tim_cnt >= 5) {
        tim_cnt = 0;
        timer_count = timer_count_tmp;
        timer_count_tmp = 0;
    }
    tim_cnt_minute++;
    if (tim_cnt_minute >= 300) { //1分钟
        tim_cnt_minute = 0;
        timer_count_minute = timer_count_tmp_minute;
        timer_count_tmp_minute = 0;
    }

故也需要一个时间显示，便于观察是否已经更新了显示：

cpp
        disp[disp_cnt++] = hour / 10 + '0';
        disp[disp_cnt++] = hour % 10 + '0';
        disp[disp_cnt++] = ':';
        disp[disp_cnt++] = minute / 10 + '0';
        disp[disp_cnt++] = minute % 10 + '0';
        disp[disp_cnt++] = ':';
        disp[disp_cnt++] = second / 10 + '0';
        disp[disp_cnt++] = second % 10 + '0';
        disp[disp_cnt++] = '\0';
        OLED_ShowString(16 * 2, 2, (unsigned char *) disp);

当然，也需要显示每秒钟转速显示：

cpp
        disp_cnt = 0;
        disp[disp_cnt++] = timer_count % 1000000 / 100000 + '0';
        disp[disp_cnt++] = timer_count % 100000 / 10000 + '0';
        disp[disp_cnt++] = timer_count % 10000 / 1000 + '0';
        disp[disp_cnt++] = timer_count % 1000 / 100 + '0';
        disp[disp_cnt++] = timer_count % 100 / 10 + '0';
        disp[disp_cnt++] = timer_count % 10 + '0';
        disp[disp_cnt++] = 'r';
        disp[disp_cnt++] = '/';
        disp[disp_cnt++] = 's';
        disp[disp_cnt++] = '\0';
        OLED_ShowString(16 * 2, 4, (unsigned char *) disp);

和每分钟的转速显示：

cpp
        disp_cnt = 0;
        disp[disp_cnt++] = timer_count_minute % 1000000 / 100000 + '0';
        disp[disp_cnt++] = timer_count_minute % 100000 / 10000 + '0';
        disp[disp_cnt++] = timer_count_minute % 10000 / 1000 + '0';
        disp[disp_cnt++] = timer_count_minute % 1000 / 100 + '0';
        disp[disp_cnt++] = timer_count_minute % 100 / 10 + '0';
        disp[disp_cnt++] = timer_count_minute % 10 + '0';
        disp[disp_cnt++] = 'r';
        disp[disp_cnt++] = '/';
        disp[disp_cnt++] = 'm';
        disp[disp_cnt++] = '\0';
        OLED_ShowString(16 * 2, 6, (unsigned char *) disp);

效果展示:

原理图：

帮助:

cpp
https://docs.qq.com/sheet/DUEdqZ2lmbmR6UVdU?u=bdf8eeb84961492ba2b62f7bfee641ea&tab=BB08J2

实验报告

实验题目

设计基于MSP430的转速测量仪的软硬件

实验目的

1. 掌握使用MSP430微控制器进行转速测量的基本方法。

2. 理解霍尔传感器的工作原理并实现其在转速测量中的应用。

3. 学习使用OLED显示屏进行数据显示。

4. 掌握定时器中断的配置和使用。

实验器材

1. MSP430G2553开发板

2. 直流5V电机

3. 霍尔传感器模块

4. OLED显示屏（0.96寸 IIC通信）

5. 电源及连接线

实验原理

霍尔传感器测速原理

霍尔传感器能够检测到磁场的存在。当轮子上粘贴了磁铁后，电机带动轮子旋转，每转一圈霍尔传感器会产生相应数量的脉冲信号，通过统计这些脉冲信号可以计算出轮子的转速。

电机调速原理

通过改变电机两端电压来调节电机转速，可以使用滑动变阻器实现电压的调节，电阻越大，电机转速越低，反之亦然。

定时器中断原理

MSP430中的定时器可以配置为周期性中断，通过定时器中断可以实现对霍尔传感器脉冲信号的计数，进而计算出电机转速。

硬件连接

1. 将霍尔传感器模块的VCC接电源正极（3.3V-5V），GND接电源负极，DO接MSP430的P1.0。

2. 将OLED显示屏的VCC接电源正极，GND接电源负极，SCL和SDA分别接MSP430的I2C接口。

3. 将直流电机和滑动变阻器按照实验原理图连接。

软件设计

定时器配置

使用MSP430的定时器配置为200ms中断，通过在中断中统计脉冲信号，计算出每秒和每分钟的转速。

cpp
TA1CCTL0 = CCIE;            // 开启CCRx中断
TA1CCR0 = 50000;            // 200ms
TA1CTL = TASSEL_2 + MC_1 + ID_3 + TACLR; // SMCLK, Up模式, 分频8, 清除定时器

主程序

主程序中初始化显示屏，配置定时器中断，并在主循环中更新显示屏上的转速信息。

cpp
void main(void) {
    WDTCTL = WDTPW | WDTHOLD;   // 停止看门狗定时器
    // 配置DCO为16MHz
    BCSCTL1 = CALBC1_16MHZ;     
    DCOCTL = CALDCO_16MHZ;
    // 配置SMCLK为2MHz
    BCSCTL2 = DIVS_3;           
    /* 初始化显示 */
    OLED_Init();                   
    OLED_ShowCHinese(16 * 2, 0, 0);
    OLED_ShowCHinese(16 * 3, 0, 1);
    OLED_ShowCHinese(16 * 4, 0, 2);
    OLED_ShowCHinese(16 * 5, 0, 3);
    OLED_ShowCHinese(16 * 0, 2, 4);
    OLED_ShowCHinese(16 * 1, 2, 5);
    OLED_ShowCHinese(16 * 0, 4, 6);
    OLED_ShowCHinese(16 * 1, 4, 7);
    OLED_ShowCHinese(16 * 0, 6, 8);
    OLED_ShowCHinese(16 * 1, 6, 9);
    __bis_SR_register(GIE); // 进入 LPM0 低功耗模式，启用全局中断
    while (1) {
        // 显示系统时间和转速信息
        // 代码略...
    }
}

中断处理程序

在定时器中断中统计脉冲信号并计算转速，同时更新系统时间。

cpp
#pragma vector=TIMER1_A0_VECTOR
__interrupt void Timer1_A0(void) {
    tim_cnt++;
    if (tim_cnt >= 5) {
        tim_cnt = 0;
        timer_count = timer_count_tmp;
        timer_count_tmp = 0;
        time++;
    }
    tim_cnt_minute++;
    if (tim_cnt_minute >= 300) { 
        tim_cnt_minute = 0;
        timer_count_minute = timer_count_tmp_minute;
        timer_count_tmp_minute = 0;
    }
}

实验结果

成功实现了基于MSP430的转速测量仪，能够在OLED显示屏上实时显示电机的转速，测量范围为100-3000r/m，测量精度为1%。下图展示了实验效果：

实验总结

通过本次实验，掌握了使用MSP430微控制器进行转速测量的基本方法，理解了霍尔传感器的工作原理和使用方法，学习了如何使用OLED显示屏进行数据显示。实验过程中遇到了一些问题，如定时器配置和中断处理等，但通过查阅资料和调试程序，最终成功解决了这些问题，达到了预期的实验目的。