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项目背景：以 2025 年电赛 E 题“小车 + 自行瞄准装置”为例，使用 MSPM0G3507、Keil、SysConfig 完成底盘循迹，并结合 STM32F103C8T6 完成云台瞄准与双主控联调。

这篇是整个系列的第一篇，主要讲“开工前要准备什么”。我不会一上来就塞满 PID、串口协议和状态机细节，而是先把赛题拆开：它到底要求我们做什么，为什么这个项目最后会被拆成“小车底盘”和“云台瞄准”两部分，以及用 Keil + SysConfig 开发 MSPM0G3507 时要提前踩平哪些坑。

为了让小白也能顺着看下去，这篇会先把项目里最常见的名词讲明白。你可以把它当成这套工程的“入门词典”：

  • MSPM0G3507：底盘主控芯片，负责让小车跑起来。
  • STM32F103C8T6：云台主控芯片，负责让激光对准目标。
  • Keil：写代码、编译、下载程序的开发环境。
  • SysConfig：TI 的外设配置工具，相当于帮你生成底层初始化代码。
  • 灰度传感器：用来识别黑线的“眼睛”。
  • TB6612：电机驱动芯片，负责把 MCU 的控制信号变成电机能用的电流输出。
  • 编码器：测电机转了多少、转得多快的反馈器件。
  • PID：让系统自动修正误差的一种控制方法。
  • UART：串口通信，两块主控之间靠它交换状态。
  • I2C：一种常用的外设总线，这里用来驱动 OLED。
  • CAN：更适合工业控制的总线，云台用它控制步进驱动器。

如果你之前没接触过这些词，没关系，后面都会在对应篇幅里继续解释。

后面三篇会分别展开：

  1. 上篇：MSPM0G3507 小车篇
    重点讲 8 路灰度循迹、TB6612 四驱、电机编码器、速度环、循迹环、直角转弯、缺口穿越、计圈和 OLED 调试。

  2. 中篇：STM32 云台篇
    重点讲 STM32F103C8T6 控制二维云台、视觉模块串口解析、CAN 步进电机、激光控制、按键和云台状态机。

  3. 下篇：综合联调篇
    重点讲 MSPM0 与 STM32 的 UART 通信、底盘圈进度同步、云台画圆/画矩形、安全策略和最终调试经验。
    该篇所涉及代码均在GitHub仓库
    在这里插入图片描述

一、先看赛题：它不是单纯的循迹小车

2025 年电赛 E 题的核心可以概括成一句话：

小车沿着规定黑线跑，瞄准装置要在静止或运动过程中用激光对目标靶完成瞄准、画圆或画矩形等动作。

如果只看“小车”两个字，很容易把它当成传统循迹车来做：灰度传感器采线、PID 修正方向、跑完指定圈数停车。但这道题的难点不只在底盘，而在于它把两个系统强行绑到了一起：

  • 底盘系统：负责沿赛道稳定行驶，处理直角转弯、长缺口、圈数统计、速度控制。
  • 瞄准系统：负责识别目标靶，控制激光落点，完成靶心瞄准、画圆、画矩形。
  • 综合系统：小车运动时，瞄准装置还要知道底盘状态，例如当前是否在跑、跑到一圈的哪个进度、是否通信正常。

所以这道题不能只按“写一个主循环”去想，它更像一个小型嵌入式系统工程：传感器、执行器、通信、控制算法、安全逻辑都要同时考虑。

二、赛道与任务拆解

根据项目整理文档，赛道是一个约 100cm x 100cm 的正方形平台，四条边构成小车行驶路线。小车需要逆时针沿 A -> B -> C -> D -> A 行驶。

这里先把“赛道”两个字说清楚。比赛里说的赛道，不是普通操场上的一条黑线，而是一个带有明确边界、转角、缺口和标记的任务场地。你要做的不是沿着线“随便走走”，而是要让车知道：

  • 当前是不是还在黑线上；
  • 什么时候走到拐角；
  • 什么时候遇到没有黑线的缺口；
  • 一圈究竟有没有走完；
  • 走完以后是否停车。

这就是为什么底盘程序里一定要有状态机，而不是只写一个“看到黑线就偏转”的死循环。

其中有两类边：

  • AB、CD：全程有黑线，适合正常循迹。
  • BC、DA：两端各有一段黑线，中间存在约 60cm 的无黑线缺口。

这意味着底盘不能只会“看到黑线就跟”，还必须能处理“短时间看不到线但仍然要继续直行”的情况。也就是说，程序里要区分：

  • 正常循迹；
  • 进入直角转弯；
  • 丢线穿越缺口；
  • 重新找线；
  • 完成一圈或多圈后停车；
  • 发生异常时停车。

项目中底盘状态机集中在：

car/empty/app/app_chassis.c

入口很简单：

int main(void)
{
    SYSCFG_DL_init();
    app_chassis_init();

    while (1) {
        app_chassis_loop();
    }
}

真正的工作不是写在 while(1) 里硬等，而是通过 1ms 定时中断调度：

void TIMER_1MS_INST_IRQHandler(void)
{
    switch (DL_TimerG_getPendingInterrupt(TIMER_1MS_INST)) {
        case DL_TIMER_IIDX_ZERO:
            app_chassis_on_1ms_tick();
            break;
        default:
            break;
    }
}

这就是后面小车篇要重点讲的结构：定时中断负责周期任务，主循环负责 OLED 刷新和通信发送这类后台任务。

三、为什么我把项目拆成双主控

这个项目最终采用：

MSPM0G3507 底盘主控 + STM32F103C8T6 云台主控

原因很直接：底盘和云台的实时任务不一样，硬件生态也不一样。

MSPM0G3507 负责底盘

MSPM0G3507 这块板适合做小车底盘控制，主要任务包括：

  • 8 路灰度传感器采样；
  • TB6612 电机驱动；
  • 编码器测速；
  • 速度 PID；
  • 循迹 PID；
  • 直角转弯和缺口处理；
  • K1/K2 按键；
  • OLED 显示；
  • 向 STM32 上报底盘状态。

当前工程路径：

car/empty/

关键文件：

car/empty/empty.c
car/empty/app/app_chassis.c
car/empty/app/chassis_state.h
car/empty/bsp/bsp_track8.c
car/empty/bsp/bsp_motor_tb6612.c
car/empty/bsp/bsp_encoder.c
car/empty/protocol/protocol_stm32.c

STM32F103C8T6 负责云台

STM32F103C8T6 负责瞄准系统，主要任务包括：

  • 接收 MaxicamPro 视觉模块输出的 dx/dy 偏差；
  • 控制 X/Y 两轴步进电机；
  • 控制激光开关；
  • OLED 显示云台状态；
  • KEY8 切换模式；
  • 与 MSPM0 交换状态；
  • 在底盘失联时关闭激光。

当前工程路径：

gimbal_stm32f103c8t6/

关键文件：

gimbal_stm32f103c8t6/Core/Inc/gimbal_config.h
gimbal_stm32f103c8t6/Core/Src/main.c
gimbal_stm32f103c8t6/App/Src/app_gimbal.c
gimbal_stm32f103c8t6/App/Src/bsp_uart_vision.c
gimbal_stm32f103c8t6/App/Src/bsp_uart_mspm0.c
gimbal_stm32f103c8t6/App/Src/bsp_step_motor.c

两块板如何协作

两块板通过串口通信：

MSPM0 PB2 / UART3_TX  ->  STM32 PA3 / USART2_RX
MSPM0 PB3 / UART3_RX  <-  STM32 PA2 / USART2_TX
GND                   ->  GND

串口参数：

115200 8N1
3.3V TTL

通信帧格式：

A5 5A VER MSG_ID SEQ LEN PAYLOAD CRC8

方向和含义：

方向 MSG_ID 周期 作用
MSPM0 -> STM32 0x10 20ms / 50Hz 上报底盘模式、圈数、赛段、圈进度、速度、循迹误差
STM32 -> MSPM0 0x20 50ms / 20Hz 上报云台状态、视觉状态、激光状态、错误信息

这个设计的好处是：底盘和云台可以先独立调通，最后再联调。比赛项目最怕“一上来全接一起，然后不知道哪里坏了”，双主控拆分后排查会清楚很多。

四、开发环境准备

这套项目的重点是 MSPM0G3507 + Keil + SysConfig。STM32 端也用 Keil，但 MSPM0 的环境更容易卡在 SDK、SysConfig、Keil 工程和生成文件之间，所以这里先把准备项列清楚。

1. 必备软件

建议准备：

  • Keil MDK-ARM；
  • TI MSPM0 SDK；
  • TI SysConfig；
  • J-Link 驱动；
  • 串口助手或 VOFA+；
  • STM32CubeMX，云台端如需重新改外设配置时使用；
  • Git 或至少能管理工程版本的备份习惯。

先别急着装一堆工具，先理解它们各自的分工：

  • Keil：写代码、编译、下载程序。
  • SDK：芯片厂家提供的底层驱动库。
  • SysConfig：图形化配置外设并生成初始化代码。
  • J-Link：把程序烧进板子并支持调试。
  • 串口助手 / VOFA+：用来观察运行中的数据。
  • CubeMX：如果你还要动 STM32 的外设，它就是云台侧的配置工具。

本项目中 MSPM0 的 Keil 工程是：

car/empty/keil/empty_LP_MSPM0G3507_nortos_keil.uvprojx

SysConfig 配置文件是：

car/empty/empty.syscfg

Keil 构建前会通过脚本重新生成 MSPM0 的外设初始化文件：

car/empty/keil/generate_syscfg.bat

生成结果主要是：

car/empty/ti_msp_dl_config.c
car/empty/ti_msp_dl_config.h

这里有一个很重要的概念：不要手改 ti_msp_dl_config.c/.h 里的外设初始化逻辑。这些文件是 SysConfig 生成的，真正要改引脚、PWM、UART、I2C、定时器，应该改 .syscfg，再让 Keil 或脚本重新生成。

2. MSPM0 下载与调试

MSPM0G3507 使用 SWD 下载调试。项目中 SWD 引脚不要被占用：

SWDIO = PA19
SWCLK = PA20

调车时最常用的不是断点，而是：

  • OLED 看状态；
  • 串口看数据；
  • 低速跑车看现象；
  • 每改一两个参数就烧录验证。

这个项目的底盘 OLED 显示了很多关键信息，例如模式、目标圈数、赛段、速度、循迹误差、传感器 bitmask、PWM 和通信状态。后面小车篇会专门讲怎么看这些信息。

3. STM32 云台环境

STM32 端 Keil 工程：

gimbal_stm32f103c8t6/MDK-ARM/gimbal_stm32f103c8t6.uvprojx

统一配置文件：

gimbal_stm32f103c8t6/Core/Inc/gimbal_config.h

云台端比较关键的配置包括：

#define VISION_UART_BAUD             115200
#define MSPM0_UART_BAUD              115200
#define GIMBAL_CAN_BAUD              500000UL
#define GIMBAL_HEARTBEAT_PERIOD      50u
#define CHASSIS_LOST_MS              300u

这里面 CHASSIS_LOST_MS 很关键：如果 STM32 超过一定时间收不到 MSPM0 的底盘状态，就会关闭激光。这不是为了炫技，而是比赛中非常实用的安全逻辑。

五、需要提前掌握的知识

如果你准备复现或改这个项目，建议先补下面这些知识。不需要一开始全部精通，但至少要知道每个模块在系统里起什么作用。

1. C 语言与嵌入式基本功

至少要熟悉：

  • struct 结构体；
  • enum 状态枚举；
  • volatile 的意义；
  • 中断函数；
  • 位运算；
  • 定时任务调度；
  • 头文件和源文件分层。

比如底盘状态不是散落在一堆全局变量里，而是集中在 chassis_state_t 这类结构体中。这样 OLED、通信、控制算法都能围绕统一状态工作。

2. GPIO、PWM、UART、I2C、定时器

本项目涉及的外设很多：

外设 在项目中的作用
GPIO 按键、LED、蜂鸣器、电机方向、激光开关
PWM TB6612 电机调速
UART MSPM0 和 STM32 通信、视觉模块通信
I2C OLED 显示
Timer 1ms 系统节拍、周期调度
CAN STM32 控制 CAN 步进电机

学习顺序建议：

GPIO -> PWM -> Timer -> UART -> I2C -> CAN

如果还没接触过 MSPM0，不建议一上来就写完整小车。可以先做：

  1. 点灯；
  2. 按键控制 LED；
  3. PWM 控制一个电机；
  4. OLED 显示一行字；
  5. 读取 8 路灰度；
  6. 串口发送一帧状态。

这些小实验跑通后，再进入完整工程会舒服很多。

3. PID 与状态机

这道题里 PID 不是只有一个。

底盘至少有：

  • 左轮速度 PID；
  • 右轮速度 PID；
  • 循迹 PID。

云台也有：

  • X 轴瞄准 PID；
  • Y 轴瞄准 PID。

但比 PID 更重要的是状态机。比如底盘不可能永远处于“正常循迹”，它至少有：

IDLE      待机
RUN       正常行驶
CORNER    转弯
DONE      完成
FAULT     故障

云台也有：

IDLE
AIM
SCAN
CIRCLE
RECT
RESET

如果没有状态机，代码很容易变成几十个 if 互相打架，调试时会非常痛苦。

4. 调试意识

比赛项目能不能成，很多时候不取决于你会不会写出“看起来很高级”的算法，而取决于你能不能快速定位问题。

建议每个模块都留下可观察信息：

  • OLED 显示当前状态；
  • 串口能输出关键变量；
  • 按键能手动启停；
  • 电机可以低速测试；
  • 激光可以单独开关；
  • 通信有在线/离线标志。

本项目中 MSPM0 OLED 上的 G+ / G-，STM32 OLED 上的 C:1 / C:0 就是为了联调时快速判断两块板有没有正常通信。

六、硬件准备清单

以下是本项目实际涉及的硬件类型，具体型号可以按自己手头器件替换，但接口和电气特性要对上。

底盘部分

  • MSPM0G3507 开发板；
  • 小车底盘；
  • 4 个直流减速电机；
  • 4 路或 2 路编码器；
  • 2 块 TB6612 电机驱动；
  • 8 路灰度传感器；
  • OLED 显示屏；
  • K1/K2 按键；
  • 电池、电源模块、开关、杜邦线。

这些器件分别做什么：

  • 底盘主控：管车跑不跑、怎么跑。
  • 电机：真正带动车轮转动的执行器。
  • TB6612：电机和主控之间的“放大器”，因为 MCU 不能直接带电机。
  • 灰度传感器：识别黑线和白底的传感器。
  • 编码器：告诉主控电机到底转了多少。
  • OLED：把内部状态显示出来，方便调试。
  • 按键：让你不用改代码就能启动、停止、切换目标圈数。

云台部分

  • STM32F103C8T6；
  • 二维云台结构；
  • 两个步进电机；
  • CAN 步进电机驱动器；
  • CAN 收发器；
  • MaxicamPro 或类似视觉模块；
  • 激光模块；
  • OLED 显示屏；
  • KEY8 按键。

这些器件分别做什么：

  • STM32：云台的大脑。
  • 步进电机：让云台按角度细致移动。
  • CAN 步进驱动器：接收速度命令并驱动步进电机。
  • 视觉模块：告诉云台靶心偏哪儿了。
  • 激光模块：最终指向目标的光点。
  • OLED：显示模式、误差和联动状态。
  • KEY8：让云台在调试时更容易操作。

联调注意事项

最容易出问题的不是代码，而是接线和供电：

  • 两块主控必须共地；
  • 电机电源和逻辑电源不要混接；
  • TB6612 的 VM 接电机电压，VCC 接逻辑电压；
  • 激光不要直接由 GPIO 供电，建议用 MOS 或三极管控制；
  • STM32 的 CAN_TX/CAN_RX 不能直接接 CANH/CANL，中间必须有 CAN 收发器；
  • 串口 TX/RX 要交叉连接；
  • 调试器不要当作电机供电电源。

七、从代码看系统总体结构

为了让后面三篇更好接上，这里先浅浅看一下项目目录。

MSPM0 底盘目录

car/empty/
├── empty.c                    # main 入口
├── empty.syscfg               # SysConfig 外设配置
├── ti_msp_dl_config.c/.h      # SysConfig 生成文件
├── app/
│   ├── app_chassis.c          # 底盘主状态机和周期调度
│   └── chassis_state.h        # 底盘状态和配置结构体
├── bsp/
│   ├── bsp_track8.c           # 8 路灰度
│   ├── bsp_motor_tb6612.c     # TB6612 电机驱动
│   ├── bsp_encoder.c          # 编码器测速
│   ├── bsp_oled.c             # OLED 显示
│   └── bsp_key.c              # 按键扫描
├── control/
│   └── pid.c                  # 通用 PID
└── protocol/
    ├── crc8.c
    ├── protocol_frame.c
    └── protocol_stm32.c       # MSPM0 与 STM32 通信

可以看到，工程不是把所有东西堆在 main.c，而是分成：

  • app：应用逻辑；
  • bsp：板级硬件驱动；
  • control：控制算法；
  • protocol：通信协议。

这种结构非常适合写博客讲解，也适合比赛后复盘。

STM32 云台目录

gimbal_stm32f103c8t6/
├── Core/
│   ├── Inc/
│   │   ├── main.h
│   │   └── gimbal_config.h
│   └── Src/
│       └── main.c
├── App/
│   ├── Inc/
│   └── Src/
│       ├── app_gimbal.c
│       ├── bsp_uart_vision.c
│       ├── bsp_uart_mspm0.c
│       ├── bsp_step_motor.c
│       └── pid.c
└── MDK-ARM/
    └── gimbal_stm32f103c8t6.uvprojx

云台的配置更集中，很多题目相关参数都在：

gimbal_stm32f103c8t6/Core/Inc/gimbal_config.h

比如：

#define GIMBAL_MODE_AIM              1u
#define GIMBAL_MODE_DRAW_CIRCLE      3u
#define GIMBAL_MODE_DRAW_RECT        4u

#define GIMBAL_CIRCLE_RADIUS_ERR     20.0f
#define GIMBAL_RECT_HALF_X_ERR       42.0f
#define GIMBAL_RECT_HALF_Y_ERR       30.0f

这些值不是“写死就一定对”，而是要根据摄像头安装角度、靶纸距离、激光偏移进行现场标定。

八、我的整体开发路线

这个项目比较推荐按下面顺序做，不要一开始就全系统联调。

第一步：只调 MSPM0 底盘

目标：

  • OLED 正常显示；
  • K1/K2 正常；
  • 灰度传感器 bitmask 正常；
  • 电机方向正确；
  • 编码器方向正确；
  • 小车能低速循迹；
  • 能处理直角转弯；
  • 能通过缺口；
  • 能按目标圈数停车。

这一阶段不需要云台参与。

第二步：只调 STM32 云台

目标：

  • OLED 正常显示；
  • KEY8 能切换模式；
  • 视觉模块能输出目标偏差；
  • 云台能根据 dx/dy 调整；
  • 激光能受控开关；
  • 画圆和画矩形轨迹能独立跑。

这一阶段不需要小车参与。

第三步：只调双主控通信

目标：

  • MSPM0 周期发送底盘状态；
  • STM32 能解析 0x10 底盘帧；
  • STM32 周期发送心跳；
  • MSPM0 能解析 0x20 云台帧；
  • OLED 能显示在线状态。

这一阶段可以先不让电机转，只验证通信和状态。

第四步：低速综合测试

目标：

  • 小车低速跑一圈；
  • 云台保持目标瞄准；
  • 底盘失联时云台关闭激光；
  • 小车停止时云台状态可控；
  • 圈进度能用于同步画圆或画矩形。

综合测试时一定要低速开始，尤其是激光和电机都接上的情况下。

九、Keil + SysConfig 开发 MSPM0 的几个坑

1. 生成文件和用户代码要分清

MSPM0 工程里有一类文件是 SysConfig 生成的：

ti_msp_dl_config.c
ti_msp_dl_config.h

这类文件不要当成普通业务代码改。否则下一次生成时，你的改动可能会被覆盖。

建议把自己的代码写在：

app/
bsp/
control/
protocol/

SysConfig 只负责外设底层初始化。

2. 改了 SysConfig 后要确认 Keil 工程也包含相关文件

添加新模块后，Keil 工程里也要包含对应 .c 文件。比如协议相关文件：

protocol/crc8.c
protocol/protocol_frame.c
protocol/protocol_stm32.c

如果只把文件放到目录里，却没有加入 Keil 工程，编译时就会出现链接错误。

3. 引脚复用要提前规划

MSPM0G3507 的引脚资源并不是无限的。PWM、UART、I2C、编码器、OLED、按键、灰度传感器都要占引脚。

本项目中底盘一侧比较关键的引脚有：

功能 引脚
TB6612 PWM PB04、PB01、PB06、PB07
8 路灰度 PB25、PB24、PB20、PA14、PB18、PB19、PB10、PA07
OLED I2C PA31、PA28
K1/K2 PB26、PA25
STM32 UART PB02、PB03
SWD PA19、PA20

尤其要注意 SWD 引脚不要被误占用，否则下载调试会非常麻烦。

4. 先让系统“可观察”，再追求效果

调车不是玄学，前提是你能看到内部状态。

这个项目里我比较依赖 OLED 显示：

RUN N2 L0 S0 U+ G+
VL  30 VR  29
E  -120 M3F P0000
F0000 PWM 850

含义大致是：

  • RUN：当前模式；
  • N2：目标圈数；
  • VL/VR：左右轮速度；
  • E：循迹误差；
  • M：灰度传感器 mask；
  • P：圈进度；
  • G+：云台在线；
  • F0000：故障码。

后面小车篇会详细讲这些数据怎么用来调 PID、判断灰度极性、定位转弯失败。

十、第一篇总结

这篇主要是把项目的“地图”画出来：

  • 这不是单纯的循迹车，而是底盘、云台、视觉、通信一起工作的系统；
  • MSPM0G3507 更适合负责底盘实时控制；
  • STM32F103C8T6 更适合负责云台、视觉、CAN 步进和激光；
  • Keil + SysConfig 开发 MSPM0 时，要分清生成文件和用户代码；
  • 开工前要准备好 GPIO、PWM、UART、I2C、Timer、PID、状态机等基础知识；
  • 调试时要先保证系统可观察，再谈控制效果。

从下一篇开始，我们正式进入 MSPM0G3507 小车篇。我会从 empty.c 的入口开始，逐步讲到 app_chassis.c 里的 1ms 调度、8 路灰度循迹、速度 PID、循迹 PID、TB6612 四驱、直角转弯和缺口穿越。也就是说，下一篇会真正开始“让车跑起来”。

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