电赛TIPID项目

1. 设计背景以及功能介绍

PID是电赛中常用的控制算法。利用PID可以对智能车控制，以及电机的调速。PID的原理主要包括一下三个环节。

- 比例（P）环节：根据当前误差来成比例地调节控制量。误差越大，控制量变化越大，能快速响应误差，但可能存在稳态误差。

- 积分（I）环节：对误差进行积分，累积过去的误差信息，用于消除稳态误差。只要有误差，积分项就会不断累积，使控制量不断变化，直到误差为零。

- 微分（D）环节：根据误差的变化率来调节控制量，能预测误差变化趋势，提前进行修正，可改善系统的动态响应，减少超调量，提高系统稳定性。

PID对不同类型的系统和干扰具有较好的适应性，能在一定程度上克服系统参数变化和外部干扰的影响，保持稳定的控制性能。PID原理相对简单，在硬件上容易通过模拟电路或数字算法来实现，且通过调整三个参数就能适应多种控制场景。

利用简单的PID算法来控制电机。来学习掌握PID算法。学习掌握PID对于提升个人能力有作用。非常适合电子技术的初学者以及以及想要参加电赛的同学的人群。该项目具备以下几个亮点：

• 设计简单，利用立创天猛星MSPM0G3507开发板完成PID控制，不用设计MSPM0G3507的电路。
• 焊机方便，大多数元件都是直插封装的，焊接非常方便，即使是初学者也能快速学会如何焊接。
• 项目综合程度高，实用性强，完成该项目可以掌握PID算法。

功能介绍

该项目实现了利用PID对电机定速以及定距。

  2.硬件电路的设计

主要包括四个部分。

1. 电源输入电路
2. 

直接使用一个 TYPE-C 接口输入 5V 电源，通过开关进行控制。其中有两个电源信号：MOTOR_VCC 和 +5V。 MOTOR_VCC 是直接将TYPE-C的电源接入电机正负极。 +5V 是由 MOTOR_VCC 经过一个防倒灌二极管 U12 后的电源，该电源接入到开发板的5V上，为开发板供电。

 2.电机驱动与接口电路

电机驱动芯片U7，使用的是由巴丁微电子生产的 BDR6126D ，这是一款大功率直流电机驱动芯片，最高输入 18 V ，最大持续输出电流 4.5 A。考虑到大多数的编码器电机接口线序不一致的问题，在原理图中就放置了3种线序。如果接口不对，也安排了排针接口，自己接。

下面是芯片的应用原理示意图

下面是芯片的输出真值表，H是高电平，L是低电平。

 

3.按键电路

利用五个开关来控制电机。

4.开发板与信号连接

开发板的输入电源是+5V，因为开发板本身自带了5V降压3.3V的功能，所以直接接出3V3到编码器的电源输入。 电机控制信号 BI\FI 必须接入支持PWM功能的引脚，原理图中选择了 GPIOA26 和 GPIOA27。GPIOA26 选择通过 TIMG7-C0 输出PWM，GPIOA27 选择通过 TMG7-C1 输出PWM。按键可以选择任意的GPIO口。

这就是硬件电路的原理图部分。要对原理图进行DRC，其中引脚悬空的警告不用管。

PCB部分

对元器件进行摆放，以及走线。走线要注意电源线要加粗走20mil。

然后进行铺铜。

铺铜之后进行DRC检测。如果没有错误和警告就可以进行打板验证了。

3.元器件购买

首先根据物料清单共买元件。

以下物品需要自行去购买

序号	器件名称	型号参数	数量
1	LCD屏	1.9寸 ST7789 SPI 屏幕	1
2	TTL电机带编码器	6V 1:48减速比 霍尔传感器	1
3	电机连接线	XH双头一正一反;6P;150mm	1
4	十字沉头螺丝钉	M3x28[50只]	2
5	M3铜柱	M3*18+4[10颗]	4
6	螺母	M3 [304材质/100只]	6

屏幕采购说明 显示模块的1.9寸屏幕，只要满足以下要求就可以购买：

1. 驱动芯片：ST7789

2.屏幕像素：170x320

3.屏幕尺寸：1.9寸 • 通信接口：SPI

4. 接口线序：GND VCC SCL SDA RES DC CS BLK

 4.焊接组装

 

利用立创EDA的焊接工具进行焊接，因为大部分是插件元件，所以焊接比较容易。

焊接完成进行组装。

首先把铜柱安装好，方便进行后续的组装。

 

然后把电机和开发板装好

最后把电机线和LCD屏幕安装好

5.代码部分

先对PID的参数进行初始化。

pid_calc函数主要完成PID中的各个参数的计算