【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO

引入

接下来的几期博客会介绍轮式平衡机器人TMS320F28069片内外设,了解片内外设的基本原理,内容较为基础,都是些简单的simulink模型,旨在将复杂的原理过渡到simulink软件应用。足够了解的博友可跳过。

后续还将会结合MATLAB/Simulink实现TMS320F28069外设的模型搭建实验环境和自动代码生成

一、GPIO基本介绍

TMS320F28069有54个GPIO,对应芯片输出的54个引脚,分为A、B两组——A组包括GPIO0~GPIO31B组包括GPIO32~GPIO58(除了GPIO45~GPIO49),且每个引脚都有自己的复用功能。

4种基本配置:

  1. 通用I/O口用GPxDIR配置I/O口方向(1为输出,0为输入);
  2. 复用功能用GPxMUXn配置;
  3. GPxPUD用于配置I/O口上拉功能(0为使能上拉);
  4. 量化寄存器GPxQSEL可对输入信号进行量化限制,以消除数字量I/O引脚噪声干扰。

4种读写操作(写0时均无效):

  1. GPxDAT寄存器独立读/写I/O口信号;
  2. GPxSET寄存器写1对I/O口进行置位操作;
  3. GPxCLEAR寄存器写1对I/O进行清零操作;
  4. GPxTOOGLE寄存器写1对I/O口进行电平翻转操作;

二、GPIO实验(Simulink平台)

1、Simulink基本模型参数配置

首先对模型进行配置,选择模型适应参数后即可生成可读性较强的C语言代码。后续实验模型基本配置都可参考此处!

求解器类型必须选择固定步长(Fixed step),此模型提供多种算法且没有连续状态。固定步长(基础采样时间)根据实际情况而定,在简单的嵌入式代码生成时没有实际作用,可保持默认auto,单位为秒,也可设置为0.005s,相当于定时器0的中断时间间隔;但是若是针对目标芯片定制的代码生成过程中,会将该步长作为芯片外设或内核中定时器的中断周期。

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第1张图片 解算器配置

②将“诊断”下的“数据有效性”中的“多任务数据存储”设置为“无”(none)。

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第2张图片

③配置选择相关硬件,配置时钟。外部晶振默认为10MHz,这里将系统时钟配置为最高90MHz,低速时钟外设设置为SYSCLKOUT/4分频。其他外设模块按自己需要设置

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第3张图片 硬件配置 【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第4张图片 时钟配置

④配置自动代码生成和报告相关的参数。模型Web视图使得生成的代码可以进行模型与代码之间相互的跟踪。

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第5张图片 自动代码生成配置 【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第6张图片 代码生成报告配置

2、GPIO_OUTPUT控制LED灯

控制目标是当计数值大于或等于200时,即大概0.005x200=1s时,GPIO31置1,另外1s置0,实现一个一亮一灭的效果。

搜索counter limited模块,上限设置为400。

搜索compare to constant模块,设置>=200。

根据芯片系列搜索C2806x GPIO_OUTPUT模块,并配置端口为GPIO31,toogle表示电平翻转。

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第7张图片

整体实验模型:

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第8张图片 LED流水灯

点击HARDWARE下的编译,即可生成C代码和代码生成报告:

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代码生成报告很全,也可在模型参数配置的代码生成中选择只生成代码!

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第10张图片

主函数示例如下:

#include "robot.h"
#include "rtwtypes.h"
#include "MW_target_hardware_resources.h"

volatile int IsrOverrun = 0;
static boolean_T OverrunFlag = 0;
void rt_OneStep(void)
{
  /* Check for overrun. Protect OverrunFlag against preemption */
  if (OverrunFlag++) {
    IsrOverrun = 1;
    OverrunFlag--;
    return;
  }

  enableTimer0Interrupt();
  robot_step();

  /* Get model outputs here */
  disableTimer0Interrupt();
  OverrunFlag--;
}

volatile boolean_T stopRequested;
volatile boolean_T runModel;
int main(void)
{
  float modelBaseRate = 0.005;
  float systemClock = 90;

  /* Initialize variables */
  stopRequested = false;
  runModel = false;
  c2000_flash_init();
  init_board();

#if defined(MW_EXEC_PROFILER_ON) || (defined(MW_EXTMODE_RUNNING) && !defined(XCP_TIMESTAMP_BASED_ON_SIMULATION_TIME))

  hardwareTimer1Init();

#endif

  ;
  bootloaderInit();
  rtmSetErrorStatus(robot_M, 0);
  robot_initialize();
  globalInterruptDisable();
  configureTimer0(modelBaseRate, systemClock);
  runModel = rtmGetErrorStatus(robot_M) == (NULL);
  enableTimer0Interrupt();
  globalInterruptEnable();
  while (runModel) {
    stopRequested = !(rtmGetErrorStatus(robot_M) == (NULL));
  }

  /* Terminate model */
  robot_terminate();
  globalInterruptDisable();
  return 0;
}

/*
 * File trailer for generated code.
 *
 * [EOF]
 */

3、GPIO_INPUT扫描_NORMAL模式

GPIO_INPUT扫描_NORMAL模式是一种常见的GPIO(General-Purpose Input/Output)配置模式,用于微控制器或其他嵌入式系统中的GPIO引脚。在这种模式下,GPIO引脚被配置为输入模式后,微控制器将不断地(周期)扫描这些引脚,检查是否有外部信号的输入。当检测到外部信号时,微控制器可以读取该引脚的电平状态(高电平或低电平),并根据需要进行处理。

这种模式通常用于读取传感器、开关或其他外部硬件设备的状态,以便在微控制器中进行进一步的处理或控制。例如,在智能家居系统中,GPIO_INPUT扫描_NORMAL模式可以用于读取门窗传感器、人体传感器等设备的状态,以实现自动化的家居控制功能。

这里简单举例:用扫描按键的方式控制LED灯。按键输入接口在GPIO42,LED灯接在GPIO25。

首先需要配置GPIO的PUD(上拉禁止寄存器)使能GPIO42电平上拉,这样没按下时该端口保持高电平1,LED灭;按键按下时检测到低电平0,LED灯亮。

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第11张图片

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4、GPIO_INPUT扫描_EXTERNAL模式

还是按键控制LED灯但这次用的INPUT模式不同!

使用External模式可极大方便对数据的观测!GPIO_INPUT扫描_NORMAL模式和GPIO_INPUT扫描_EXTERNAL模式在功能和使用场景上有所不同。GPIO_INPUT扫描_NORMAL模式主要用于周期性读取输入信号,而GPIO_INPUT扫描_EXTERNAL模式则专为实时检测外部事件设计。根据实际应用的需求选择合适的模式可以提高性能和效率。

Simulink的External模式默认使用的是SCIA,波特率为115200b/s,并且默认复用I/O口是GPIO28、GPIO29,对应开发板上的SCIA接口是RXA、TXA。

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第13张图片

所以在进行External模式操作时,通过一根USB转TTL通信线将USB的RX、TX分别接在F28069主控板的TXA、RXA引脚。注意USB和F28069的控制板要共地,同时不能将线序接反,否则Simulink无法通过SCI转USB与DSP进行通信。

首先需要在模型配置时对外部模式进行设置,在“硬件实现”中往下翻找到“External mode”,将Communication interface设置为串口通信Serial。

然后在自己电脑的“设备管理器”中找到串行通信的COM口,输入到Seial port中,这里因为未使用硬件实际插入,显示“未检测到串口No serial port detected”(明白流程即可)。

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模型还是一致,其他略。

5、GPIO_INPUT中断控制LED灯

上面都属于将GPIO配置为通用I/O数字量输出,也可以将其配置为外部中断实现控制目的。如将按键配置成外部中断,在中断中执行参数或模式的修改,比常用的按键扫描方式节省资源(“硬件外设资源”替代“软件资源”)。

在simulink中搭建模型,利用“system initiize”模块对中断进行GPIO初始化配置,配置GPIO42为外部中断触发源,并将中断配置为下降沿触发(对应外部中断3)

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第15张图片 GPIO初始化配置

搜索“C28x Hardware Interrupt”模块进行硬件中断配置,中断号CPU12,PIE-1对应外部中断XINT3,任务优先级默认,Preemption输入1表示中断可以被抢占,0表示不可以

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第16张图片 中断配置

利用“subsystem”模块建立Trigger子系统(LED灯控制模型)。在中断函数中分别进行对应的LED翻转,按键(GPIO42)对应LED1灯(GPIO31)、LED2灯(GPIO25)仿真步长0.05s

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最后的模型如下,还是与之前一样点击“HARDWARE”下的“编译”生成代码后将代码拷进开发板,可以发现:按下一次按键,对应的LED灯电平便翻转一次。

【轮式平衡机器人】——TMS320F28069片内外设之GPIO_第18张图片

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