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MSPM0G3507 电赛智能小车开发套件

基于 TI MSPM0G3507 (Cortex-M0+) + 嘉楠 K230 (RISC-V) 双芯架构的电赛控制类题目全栈开发方案。覆盖底盘运动控制、IMU 姿态解码、视觉追踪、蓝牙调参、舵机云台等完整功能链，所有代码均已实机验证。

MCU SDK IDE K230 License Stars

中文 | English (coming soon)

Star History Chart

⚡ 如果你是第一次接触这个项目，不要先啃全部代码。 最省事的用法是直接用 Claude Code 加载 Skill，它会根据你的实际接线生成正确的驱动代码。

目录

系统架构图

┌────────────────────── K230 视觉端 (MicroPython) ──────────────────────┐
│                                                                       │
│  GC2093 摄像头 → LAB 色块识别 → UART (9600 8N1) → MSPM0G 主控        │
│  (CSI 2)          (找色块)         FF FE 帧协议                       │
│                                                                       │
└───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
                                  │
                                  ▼
┌────────────────────── MSPM0G3507 主控端 (C) ──────────────────────────┐
│                                                                       │
│  MPU6050(I2C1) + 编码器×2(TIMG7/GPIO) + TB6612(TIMG8) + 舵机(TIMA0)  │
│                                    │                                  │
│            ┌───────────────────────┘                                  │
│            ▼                                                          │
│  PID 级联控制器: 速度PI(内环) + 位置P(外环) + 航向PD + 转弯PID        │
│            │                                                          │
│            ▼                                                          │
│  SSD1306 OLED(I2C0) + JDY-31蓝牙(UART) + VOFA+调试(UART0)             │
│                                                                       │
└───────────────────────────────────────────────────────────────────────┘

先看你该怎么用

  • 想用 AI 自动生成代码，不想记引脚和 API：走 Skill 路线，见 Claude Code Skill。
  • 已经有电赛小车，想看现有代码怎么写的：直接看 workspace_ccstheia/mpu6050_clean/，最干净的基线工程。
  • 想从零搭一辆电赛小车：按 推荐学习路径 从基础外设逐步搭建。
  • 想基于 K230 做视觉追踪：看 workspace_ccstheia/test_2/ 和 K230 视觉方案。
  • 想深入了解内部设计：看 .claude/skills/mspm0g-contest/SKILL.md。

演示视频

视频封面

这个项目适合什么场景

  • 差速底盘控制：TB6612FNG + MG310 编码电机，速度/位置闭环
  • 姿态感知：MPU6050 DMP 或 IMU601 UART，Yaw/Pitch/Roll 实时读取
  • PID 参数整定：增量式速度 PI + 航向 PD + 转弯 PID，已调优参数可直接用
  • 视觉目标追踪：K230 庐山派 + GC2093 摄像头，LAB 色块识别 + 双芯通信
  • 舵机云台：众灵 PM 系列舵机 (500~2500us, 50Hz)，姿态随动
  • 蓝牙无线调参：JDY-31 BLE 透传，手机/Python 远程调速调参
  • 实时调试：OLED 多页显示 + VOFA+ 波形输出
  • 配套PID调试助手全栈式开发

它不是做什么的

  • 它不是"一个 main.c 就能跑所有功能"的万能模板。不同题目需要不同外设组合。
  • 它不是 RTOS 方案。当前所有代码基于裸机 (nortos)，定时由 TIMG 硬件驱动。
  • 它不是自动避障或 SLAM 方案。视觉部分只是色块识别 + 位置输出。

这个项目更在意的是：让你少踩引脚配置的坑、少查 SDK API 是否存在、少在"代码写对了但跑不起来"上浪费时间。

5 分钟上手

第 1 步：克隆仓库

git clone https://github.com/2262727886-stack/mspm0g-contest-skill.git
cd mspm0g-contest-skill

第 2 步：安装工具链

工具 下载地址 说明
CCS Theia https://www.ti.com/tool/CCSTHEIA TI 官方 IDE
MSPM0 SDK https://www.ti.com/tool/MSPM0-SDK v2.10.00.04
XDS110 驱动 随 CCS Theia 安装 SWD 调试器

第 3 步：使用skill

提供AI AGENT对应的prompt

第 4 步：纠错和优化项目

根据报错和实际硬件工作状态让AI辅助优化

VS Code 用户

工程已配好 .vscode/c_cpp_properties.json，直接打开 workspace_ccstheia 根目录即可。

硬件平台详解

MCU 对比

参数 MSPM0G3507 K230 庐山派
架构 Cortex-M0+ RISC-V 双核
主频 32MHz(默认)/80MHz(PLL) 1.6GHz(大核)
Flash 128KB --
SRAM 32KB 512MB LPDDR4
开发语言 C (TI Arm Clang) MicroPython (CanMV)
调试接口 SWD (XDS110) USB 串口 REPL
OS 裸机 (nortos) RT-Smart

外设清单

组件 型号 规格 接口 状态
电机驱动 TB6612FNG 双H桥, 1.2A/3.2A峰值 TIMG8 PWM 已验证
编码电机 MG310 霍尔编码, AB双相 TIMG7 QEI + GPIO中断 已验证
IMU(方案一) MPU6050 6轴, DMP姿态解码 I2C1 (PA10/PA11) 已验证
IMU(方案二) IMU601(正点原子) 6轴, UART ATKP协议 UART0 (PA0/PA1) 已验证
显示 SSD1306 0.96" 128x64 OLED I2C0 (PA28/PA31) 已验证
蓝牙 JDY-31 BLE 4.2, 9600 baud UART 已验证
舵机 众灵 PM 系列 500-2500us, 50Hz, 10-80KG TIMA0 PWM 已验证
摄像头 GC2093 最大1920x1080 K230 CSI 2 已验证
调试器 XDS110 SWD PA19/PA20 已验证

引脚分配速查

以下为 mpu6050_clean 工程默认引脚。Claude Skill 每次生成代码前会要求确认实际接线。

运动控制

功能 模块 引脚 IOMUX 复用功能 备注
右轮 PWM TB6612 A PB15 PINCM43 TIMG8_C0 A=右轮
左轮 PWM TB6612 B PB16 PINCM44 TIMG8_C1 B=左轮
右轮编码器 A MG310 PA15 PINCM15 GPIO 双边沿中断 4倍频
右轮编码器 B MG310 PA16 PINCM16 GPIO 双边沿中断 方向
左轮编码器 A MG310 PA17 PINCM17 TIMG7_CH0 QEI
左轮编码器 B MG310 PA24 PINCM24 TIMG7_CH1 硬件4倍频

传感器与通信

功能 模块 引脚 IOMUX 复用功能 备注
MPU6050 SDA InvenSense PA10 PINCM6 I2C1_SDA 0x68
MPU6050 SCL InvenSense PA11 PINCM7 I2C1_SCL 400kHz
OLED SDA SSD1306 PA28 PINCM34 I2C0_SDA 0x3C
OLED SCL SSD1306 PA31 PINCM35 I2C0_SCL 400kHz
K230 TX MSPM0G PB2 PINCM30 UART3_TX 9600 8N1
K230 RX MSPM0G PB3 PINCM31 UART3_RX FF FE 帧
调试 TX CH340 PA10 PINCM6 UART0_TX 与 I2C1 冲突
调试 RX CH340 PA11 PINCM7 UART0_RX 115200

执行器与交互

功能 模块 引脚 IOMUX 复用功能 备注
舵机1 PWM 众灵 PM PB8 PINCM36 TIMA0_C0 50Hz
舵机2 PWM 众灵 PM PB9 PINCM37 TIMA0_C1 50Hz
校准按键 轻触开关 PA25 PINCM25 GPIO 上拉 校准
启动按键 轻触开关 PA26 PINCM26 GPIO 上拉 启动
SWDIO XDS110 PA19 -- SWD 数据 保留
SWCLK XDS110 PA20 -- SWD 时钟 保留

禁用引脚

禁用引脚 原因
PA2~PA6 时钟引脚 (ROSC/LFXIN/HFXIN)，默认未焊接
PA19,PA20 SWD 调试接口，不可复用
PA10,PA11 UART0 与 I2C1 冲突，二选一

工程目录详解

workspace_ccstheia/
├── mpu6050_clean/               [基线工程 - 推荐入门]
│   ├── main.c                     系统初始化 + 主循环
│   ├── pid_ctrl.c/h               增量式速度PI + 航向PD
│   ├── oled.c/h                   SSD1306 I2C 驱动
│   ├── mpu_port.c/h               MPU6050 DMP 移植层
│   ├── encoder.c/h                编码器 4倍频解码
│   ├── motor.c/h                  电机 PWM + 方向控制
│   └── empty.syscfg               SysConfig 引脚配置
│
├── imu601/                       [IMU601 UART方案 + 90度转弯]
│   ├── empty.c                     直行 + 原地旋转
│   ├── imu601.c/h                  ATKP 协议解析
│   └── motor.c/h                  电机控制
│
├── jdy31_pid_test/               [蓝牙 PID 在线调参]
│   ├── main.c                     BLE 通信 + PID 修改
│   └── _jdy31_docs/              JDY-31 AT 指令
│
├── pid_tuner_car/                [PID 调试助手实车工程]
│   ├── main.c                     PA25 启停 + 20ms 速度闭环
│   ├── pid_tuner.c/h              UART0 CSV/SET/TARGET/STATUS 协议
│   ├── motor.c/h                  TB6612FNG 电机控制
│   └── encoder.c/h                PA15/PA17 编码器测速
│
├── servo_test/                   [舵机云台]
│   ├── main.c                     MPU6050 -> 舵机随动
│   └── gimbal.c/h                 云台限幅/平滑
│
├── test_2/                       [K230 视觉追踪 - 双芯全功能]
│   ├── empty.c                     UART接收 + 舵机跟踪
│   ├── k230_servo_track.py        色块追踪脚本
│   ├── k230_shape_detect.py       形状检测脚本
│   └── docs/                      通信协议文档
│
├── mpu6050/                      [MPU6050 原始工程]
├── my_TI/                        [基础外设测试]
├── test_1/                       [PID 参数调优]
│
├── PID调试助手/                  [Python PID 上位机]
│   ├── PID_DEMO/                  GUI、串口桥接、自动调参引擎
│   ├── config.example.json        配置模板
│   ├── requirements.txt           Python 依赖
│   └── build_exe.bat              Windows exe 打包脚本
│
├── empty_LP_MSPM0G3507_nortos_ticlang/  [空工程模板]
│
└── .vscode/
    └── c_cpp_properties.json     [IntelliSense 依赖库配置]

Claude Code Skill 完整指南

本仓库配套 Claude Code Skill (.claude/skills/mspm0g-contest/)，提供 12 个外设模块驱动模板 + 完整引脚映射 + API 黑名单。

加载方式

打开仓库文件夹，Claude Code 自动识别。输入 /mspm0g-contest <需求>。

常用命令

场景 命令 输出
引脚分配 /mspm0g-contest 引脚分配 完整引脚表 (含 IOMUX)
PWM 驱动 /mspm0g-contest 输出TIMG8 PWM motor.c/h 可编译
I2C 驱动 /mspm0g-contest OLED驱动 SSD1306 完整驱动
UART /mspm0g-contest K230通信 FF FE 帧解析
PID /mspm0g-contest PID参数 增量式 + 级联 PID
MPU6050 /mspm0g-contest MPU6050读取Yaw DMP 初始化 + 读取
K230 /mspm0g-contest K230找色块 LAB 检测 + UART
真题 /mspm0g-contest 25E方案 解题思路 + 代码框架

Skill 参考文档

文档 内容 何时需要
SKILL.md 开发铁律、API黑名单、参数速查 所有场景
pins.md 完整引脚映射 + 硬件接线 分配外设
gpio.md GPIO 输入/输出/中断 按键/LED/编码器
pwm.md TIMG/TIMA PWM + 舵机 电机/舵机
adc.md ADC 单通道/多通道 电池/激光
uart.md UART + K230通信 + 帧解析 串口/双芯
i2c.md I2C OLED + MPU6050 显示/IMU
pid.md PID + 卡尔曼 + 电机 闭环控制
encoder.md 编码器 QEI 解码 速度/位置
k230.md K230 API + 43条已知问题 K230开发
contest.md 25E/24H/23E 真题方案 赛前准备
tools.md 烧录/SysConfig/VOFA+/WDT 工具链

PID 调参指南

速度 PI (增量式，20ms 周期)

步骤 操作 效果
1 Kp=1.0, Ki=0 能跟上，有稳态误差
2 Kp -> 3~5 响应加快
3 Ki -> 0.5~1.5 消除稳态误差
4 如振荡，减小Kp/Ki 稳定

转弯 PID (IMU601，原地旋转)

#define TURN_KP     2.5f   // 比例: 响应速度
#define TURN_KI     0.0f   // 积分固定为0, 避免饱和
#define TURN_KD     1.2f   // 微分: 陀螺Z轴阻尼
#define TURN_MIN_PWM 800   // 最小PWM不能为0
#define TURN_TIMEOUT 3000  // 超时保护(ms)

蓝牙在线调参

手机 BLE -> JDY-31(9600) -> UART -> MSPM0G
发送 "KP 3.5" -> 修改速度Kp
发送 "KI 1.2" -> 修改速度Ki

PID 调试助手配置方法

PID调试助手/ 是一个 Python 上位机，支持仿真调参、串口连接 MSPM0G 实机、实时曲线显示和 LLM 辅助推荐 PID 参数。

1. 安装依赖

cd PID调试助手
python -m pip install -r requirements.txt

如果要打包成 exe，还需要安装 PyInstaller：

python -m pip install pyinstaller

2. 创建配置文件

复制配置模板：

copy config.example.json config.json

常用配置项：

字段 示例 说明
SERIAL_PORT AUTO / COM5 串口自动识别或手动指定
BAUD_RATE 115200 MCU 串口波特率
LLM_API_KEY sk-... 使用 LLM 自动调参时填写
LLM_API_BASE_URL https://api.openai.com/v1 OpenAI 兼容接口地址
LLM_MODEL_NAME gpt-4o 模型名称
TUNING_MODE speed_pi 当前调参模式
BUFFER_SIZE 100 每轮采样数量
MAX_TUNING_ROUNDS 30 自动调参最大轮数

不使用 LLM 时，可以先保留 LLM_API_KEY 的占位值，使用“仿真”或“手动配置”功能。

3. 启动 GUI

python PID_DEMO/gui.py

界面顶部选择串口和波特率，点击“连接设备”。左侧可以切换：

页面 用途
自动调参 仿真或硬件自动调参
手动配置 手动输入 Kp/Ki/Kd 并观察曲线
LLM 设置 配置 API Key、Base URL、模型和代理

4. 命令行启动

仿真模式：

python PID_DEMO/launcher.py --sim

硬件串口模式：

python PID_DEMO/launcher.py --hardware

指定配置文件：

python PID_DEMO/launcher.py --hardware --config config.json

5. MCU 串口协议要求

调试助手会向 MSPM0G 发送以下文本命令：

SET P:3.0000 I:1.0000 D:0.0000
TARGET L:60 R:60
STATUS
RESET

协议硬性要求：PID 调试助手只支持 timestamp_ms,speed_L,speed_R,target_L,target_R,pwm_L,pwm_R,Kp,Ki 九字段 CSV，以及 SET / TARGET / STATUS / RESET / STOP 文本命令。TARGET L:x R:x 必须能回 OK TARGET L=x R=x，否则自动调参会停止；若仍看到 CSV 里的目标是 20,20，优先检查 CH340 TX 是否接到 PA11(RX)。

上位机内置协议定义在 PID调试助手/PID_DEMO/protocol.py，固件协议说明在 .claude/skills/mspm0g-contest/pid_tuner_protocol.md。后续新增 PID 调试工程必须沿用这套协议，不能自行改字段顺序或回包格式。

MSPM0G 需要持续输出 CSV 采样数据，至少包含以下字段顺序：

timestamp_ms,speed_L,speed_R,target_L,target_R,pwm_L,pwm_R,Kp,Ki

示例：

1200,58,59,60,60,780,790,3.0,1.0
1220,60,60,60,60,760,765,3.0,1.0

6. 打包 Windows exe

cd PID调试助手
build_exe.bat

成功后生成：

dist\mspm0g-pid-tuner.exe

运行 exe 前，把 config.example.json 复制为同目录的 config.json，并按你的串口和 LLM 接口修改配置。

K230 视觉方案

开发铁律 Top 10

# 铁律 错误 正确
1 Sensor(id=2) Sensor(width=320,height=240) Sensor(id=2)
2 Display优先 乱序 Display.init->MediaManager.init->sensor.run
3 PWM仅2参数 PWM(channel=2,freq=50) PWM(2,50)
4 GPIO先FPIOA Pin(46,OUT) fpioa.set_function(); Pin(46,OUT)
5 Pin输出 pin.high() pin.value(1)
6 ADC仅1.8V 直接测电池 必须分压
7 Timer软定时 Timer(0) Timer(-1)
8 LAB现场校准 自然光阈值 场地灯光下重校准
9 帧率优化 800x480全帧 ROI + stride + 隔帧
10 f-string f"x={x}" "x=%d" % x

完整 43 条已知问题见 k230.md

双芯通信帧 (Wheeltec 兼容)

K230 -> MSPM0G, 9600 8N1:
FF FE pan tilt 00 00 00 BCC
BCC = Byte0 ^ Byte1 ^ ... ^ Byte7

常见问题排查

现象 原因 排查
电机不转 PWM未启动/方向错/电池没电 DL_TimerG_startCounter(); 检查TB6612方向
小车跑偏 左右速差/漏脉冲/机械不对称 OLED对比速度; 调BALANCE_KP
OLED不亮 I2C地址错/引脚错 确认0x3C; PA28/PA31
Yaw漂移 电源噪声/DMP未校准 加电容; 静置2秒; 换IMU601
K230无数据 未共地/波特率/帧格式 必须共地; 必须9600
Flash失败 SWD松动/低功耗/RDP锁 检查PA19/20; RESET法; Mass Erase

API 安全黑名单

以下 API 在 SDK 2.10.00.04 中不存在：

不存在 API 正确替代
DL_GPIO_setDirection() SysConfig 配置
DL_ADC12_readMemResult() DL_ADC12_getMemResult()
DL_I2C_transmitBlocking() DL_I2C_fillControllerTXFIFO() + startTransfer()
DL_I2C_isBusy() DL_I2C_getControllerStatus() & BUSY
DL_I2C_startControllerTransfer(i2c,dir,len) 缺addr! 正确: (i2c,addr,dir,len)
DL_TimerG_setPeriod() SysConfig 中设置
DL_TimerG_getCounterValue() DL_TimerG_getTimerCount()
DL_SPI_transferBlocking() DL_SPI_transmitDataBlocking8/16/32()
DL_WDT_feed(WDT) DL_WWDT_restart(WWDT0_INST)

可用定时器: 仅 TIMG0, TIMG6, TIMG7, TIMG8, TIMG12, TIMA0

安全提醒

  • 舵机独立供电, 不能从 XDS110/USB 取电
  • K230 ADC 仅 1.8V, 超压烧芯片, 必须分压
  • K230 <-> MSPM0G 通信必须共地
  • 看门狗在主循环喂, 禁止在中断中喂
  • PA10/PA11=UART0/I2C1二选一, PA2~6绝对勿用

依赖清单

依赖 版本 必需
MSPM0 SDK 2.10.00.04 是
TI Arm Clang 2.1.3+ 是
SysConfig 1.20+ 是
XDS110 驱动 -- 是
InvenSense eMPL -- 仅MPU6050
CanMV canmv_k230 仅K230

致谢

License

MIT License — 详见 LICENSE

全国大学生电子设计竞赛加油！ 如果对你有帮助请给 Star 有问题欢迎提 Issue，或用 Claude Code 加载 Skill 直接提问。

About

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MSPM0G PID 调试助手 v1.1.0 Latest
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