# 电赛2021A题 支持MSP432和Stm32 等效采样+蓝牙APP **Repository Path**: dejunN/RNA_2021_Game_A ## Basic Information - **Project Name**: 电赛2021A题 支持MSP432和Stm32 等效采样+蓝牙APP - **Description**: 2021电赛A题 信号失真度测量 支持MSP432和Stm32 等效采样+DMA+FFT+蓝牙APP 基础+发挥 - **Primary Language**: C - **License**: GPL-2.0 - **Default Branch**: master - **Homepage**: https://www.bilibili.com/video/BV1Rb4y1z7KJ - **GVP Project**: No ## Statistics - **Stars**: 0 - **Forks**: 8 - **Created**: 2023-03-28 - **Last Updated**: 2023-03-28 ## Categories & Tags **Categories**: Uncategorized **Tags**: None ## README ## 0.新版工程提示（MCU Project） 2022/07/15 - 新版支持MSP432和STM32(其中Stm32工程支持Keil仿真)。特点：代码比旧版优雅；采用分层思想编写，移植，有手就行。 - 新版经网友测试，定时器捕获必须接入幅值需要超过1V的信号才不会卡住，原因未知；测量信号频率拓宽到47Hz-200kHz。 - ADC采样点数、采样频率倍数、仿真信号输入等等,可去"config.h"头文件配置。 - 自带仿真输入信号，即 **无需** ADC前端电路、信号发生器输入信号，可去"config.h"修改宏定义SIMULATION 为 1，即可开启也可测试算法。更多仿真输入信号配置，可去"simulation.h"和"simulation.c"文件中配置。 - 默认调试器串口会打印大量信息，可去"config.h"修改宏定义ENABLE_LOG_DRAW为0，来关闭打印大量内部信息，信息的查看可以使用在Tool文件夹里的纸飞机串口调试助手，选用ASCII协议，主函数死循环调用log_data_to_draw_ascii()打印；或者调用log_data_to_draw()打印，然后将信息复制后，粘贴到Doc文件夹里的AnalyzeData.xlsx表格，有多个分表，ADC采样点数不同请粘贴到对应位置。 旧版工程在 MSP32P4 Project 文件夹里。 *** ## 1.前言 2021/11/11 作者：[@BILIBILI：m-RNA](https://space.bilibili.com/41224928 "@BILIBILI：m-RNA 个人主页") E-mail：m-RNA@qq.com 本作品为2021电赛A题-信号失真度测量装置，获得山西省赛区**一等奖**，**全国二等奖**。本人在此次比赛中专门负责单片机代码的编写，故只开源单片机代码部分。 此工程为了让**学过Stm32的电赛人**，能**更易上手MSP432**平台，将单片机外设初始化函数的封装都采用了Stm32**正点原子风格**。而且电赛人一般对Keil比较熟，故使用了**Keil配置工程**，方便VScode与Keil联动。当然CCS也可，如果会的话（可能后续会支持CCS） Doc文件夹有芯片数据手册以及单片机交互原型（xd文件用Adobe XD打开） Tool文件夹有OLED取模软件。 视频演示：[点击观看](https://space.bilibili.com/41224928) （⚠️尚未录制上传） hxdm给我个**Star**⭐吧！别白嫖了😆！！秋梨膏！！！ hxdm给我个**Star**⭐吧！别白嫖了😆！！秋梨膏！！！ hxdm给我个**Star**⭐吧！别白嫖了😆！！秋梨膏！！！ ## 2.项目分析 2.1 基本要求   （1）输入信号的峰峰值电压范围：300mV-600mV。   （2）输入信号基频：1kHz。   （3）输入信号失真度范围：5%-50%。   （4）要求对输入信号失真度测量误差绝对值|THD~x~ - THD~o~|≤5%，THD~x~和THD~o~分别为失真度的测量值与标称值。   （5）显示失真度测量值THD~x~。   （6）失真度测量与显示用时不超过10秒。 2.2 发挥部分   （1）输入信号的峰峰值电压范围：30mV-600mV。   （2）输入信号基频范围：1kHz-100kHz。   （3）测量并显示输入信号失真度THD~x~值，要求|THD~x~ - THD~o~|≤3%。   （4）测量并显示输入信号的一个周期波形。   （5）显示输入信号基波与谐波的归一化幅值，只显示到5次谐波。   （6）在手机上显示测量装置测得并显示的输入信号THD~x~值、一个周期波形、基波与谐波的归一化幅值。   （7）其他。 2.3 题目分析 首先这是一道Ti-MCU限定题，并且题目要求测量的最高信号基频为100kHz，而且还要测量到五次谐波（5*100k=500kHz），若要满足采样定理则采样频率至少达到1MHz，故MSP432系列与C2000系列可以满足此题要求，但由于MSP432采用了大家较为熟悉的Cortex-M4f内核，支持DSP指令集和浮点运算指令集，学习成本低，故最终使用了MSP432P401R作为主控。 对于信号的采集，可以使用自适应的采用频率来采集信号；可以将通过滞回比较器或者过零比较器整形信号，给单片机捕获信号，获取频率；其次可以将信号放大、偏置后给单片机ADC采集。 ## 3.实物展示 1. 作品局部单片机特写： image 2. 测量时OLED显示界面（电赛时匆忙拍的半成品）： image 3. 整体合照： image ## 4.程序设计 底层驱动SDK框架、波形数据处理、人机交互界面等（详细代码见附件） - SDK提供基本的模块和外设驱动支持； - 波形处理计算如FFT、THD~x~、归一化幅值、还原波形和测量频率等，并为数据与波形显示做准备； - 人机交互界面提供屏幕显示（OLED和手机）和操作方式（按键） 程序流程示意： 单片机OLED交互原型设计示意(见附件，xd文件用Adobe XD打开)： 手机蓝牙APP界面展示： ## 5.赛后总结 此次比赛中印象较深的就是手机蓝牙APP编写，在通信协议的确定和手机端解析代码的编写浪费了好多时间。其次，由于比赛节奏较快，此次作品没能做到面面俱到，我总结出此作品可以优化的几点： - 这道题是涉及“数字信号处理”的Ti-MCU限定题，MCU选型应该为**C2000**较有优势； - 可以用**滞回比较器**来解决过零比较器的多零点问题，来减轻软件压力； - 可以不用按键，改为**连续测量**，并多次测量，将测量结果去掉最值后求平均值，将单片机OLED的测量动画与手机显示动画去除，**实时显示测量结果**，增强实时性、减少误差； - 可以使用**等效采样**，使得采集信号频率范围能更上一个层次；ADC超频之后，等效采样能采集至少1.6MHz以上的信号。 - 蓝牙通信协议应该添加**包头包尾**比较合理。 ## 6.致谢名单 - 感谢B站UP主[“***CloudBoyStudio***”](https://space.bilibili.com/72364842 )一直无私奉献，耐心细致解答问题。本工程中很多代码，比如ADC的DMA传输配置等，参考了UP主“***CloudBoyStudio***”在MSP432学习交流群发出的示例代码，在此深表感谢😆 - 感谢积极细心的队友，硬件电路模块全部队友自制，而且在软件算法方面也给予了理论与实践帮助支持，在调试时帮忙揪出BUG，一起完成报告，给我瑜伽垫睡觉等； - 感谢B站UP主“*物联世界* ”视频教程； - 感谢同学、老师、行知众创实验室提供的指导、仪器与场地支持； - 感谢*正点原子* 在Stm32平台的贡献，使得我们方便将代码移植到MSP432平台上来； - 感谢*MiniDSO-Pro* 项目，此工程的README与WaveBox()函数参考该项目； - 感谢B站、UP主、B友、开源社区，让我发现了很多有趣且实用的项目，带给我很多欢乐、知识； - 感谢爸妈，支持我烧钱打电赛；感谢未出现的女友，让我安心完成电赛； - 感谢*RNA* 的MSP432速成课，让我电赛延期不懈怠，坚持复习并分享MSP432P401R知识，谢谢你，狗子； - ...... ## 附录：单片机工程说明 **0.引脚连接** > 引脚可自行配置，OLED引脚更改下文有提示。
外设 引脚(外设)
ADC采样 P4.6
过零比较 P5.7
OLED显示 P3.6(SDA)
P3.7(SCL)
蓝牙串口 P3.2(TXD)
P3.3(RXD)
**1.串口使用** - 使用串口0打印调试信息至电脑，调试助手的波特率是1382400； - 使用串口2与蓝牙通信进而与手机通信。 ```c // 可在main.c里的第52行代码直接更改波特率 uart_init(1382400); // 第7讲 串口配置 （调试） usart3_init(9600); // 第7讲 串口配置 （蓝牙） ``` **2.定时器A** - 定时器A0作为ADC触发时钟源； - 定时器A2作为测量频率的输入捕获定时器。 > 过零比较器给定时器A2通道1，即P5.7捕获，以获信号的频率；不接过零比较器，默认以50x16kHz进行采样（此时测量50kHz的信号最准确。原因：算法中采样频率是根据信号频率自适应改变的，以获得最优的测量结果） ```c // 想要更改默认的fs，可以更改第54行代码 TimA0_Int_Init(60, 1); // 第8讲 定时器配置 （ADC触发时钟源 fs） ``` 考虑了有多个过零点的情况，在软件算法有对此进行优化： image **3.ADC采集+DMA传输** - P4.6输入 使用了内部2.5V参考电压源，放大后电压别超过2.5V。 - 开启了ADC通道DMA传输（特别感谢B站UP主：“***CloudBoyStudio***”，这一部分参考是***CloudBoyStudio***的配置） **4.双OLED显示 (硬件IIC)** - 使用了OLED图像库 [[移植：项目地址]](https://github.com/hello-myj/stm32_oled "@GitHub： STM32 OLED图形库") - 2个IIC协议的OLED，从机地址分别为0X78、0X7C，需要2个4.7k或10k电阻作为IIC上拉电阻。 ```c // 默认使用IIC_2 想更改硬件IIC引脚可以去oled_config.h第81行代码更改 #if (TRANSFER_METHOD==HW_IIC) //IIC_0: P1.7 -- SCL; P1.6 -- SDA //IIC_1: P6.5 -- SCL; P6.4 -- SDA //IIC_2: P3.7 -- SCL; P3.6 -- SDA //IIC_3: P10.3 -- SCL; P10.2 -- SDA #define USE_HW_IIC IIC_2 ``` > 使用两个小OLED的原因: 我们之前是做电源题的，考虑到降低功耗提高效率就使用了小OLED，怕OLED坏了，就买了很多备着，于是比赛时没有SPI协议或者IIC协议的较大屏幕，只能配合着OLED图形库，稍微添加了几条函数，使用IIC驱动两个小OLED。 **5.无线通信** 使用了HC-05蓝牙模块作为单片机与手机的无线通信模块。简易通信协议如下： | 内容 | 开始 | THD | 波形 | 归一化幅值 | 结束 | | -------- | ---- | --------- | ---------- | ------------ | ---- | | 长度(字) | NULL | 1 | 1x128 | 1x5 | NULL | | 备注 | 空 | 放大1千倍 | 幅值为0-64 | 频率由低到高 | 空 | **6.外围电路** - 线性稳压芯片（如：7805、7905） - 仪表放大器（如：INA128） - 过零比较器（如：TLV3501）