【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 定，所以采用 外部時(shí)鐘源。 本文選用 8MHz的外部無源晶振，如圖 ： 圖 晶振時(shí)鐘電路圖 外部 8MHz 的晶振，經(jīng)過 STM32內(nèi)部倍頻， CortexM3的 CPU 最高可以以 72MHz的頻率運(yùn)行。 由于 ARM芯片的高速、低功耗、低工作電壓等特性，導(dǎo)致其噪聲容限較低，對(duì)電源的紋波、瞬態(tài)響應(yīng)性能、時(shí)鐘源的穩(wěn)定性、電源監(jiān)控可靠性等諸多方面都提出了較高的要求。同時(shí)又由于無人機(jī)機(jī)載環(huán)境較為惡劣，電磁干擾與振動(dòng)干擾強(qiáng)，可能出現(xiàn)失控現(xiàn)象。因此復(fù)位電路是必要環(huán)節(jié)。 由于無人機(jī)工作狀態(tài)的振動(dòng)較強(qiáng)，按鍵式復(fù)位電路會(huì)使得系統(tǒng)變得不穩(wěn) 定，因此直接將復(fù)位端接地，依靠軟件中的獨(dú)立看門狗來完成軟件復(fù)位，如圖 。 圖 復(fù)位電路圖 為了讓 STM32 最小系統(tǒng)運(yùn)行起來，還需要硬件調(diào)試端口，這樣才可以使用調(diào)試仿真器鏈接STM32。 STM32 支持兩種調(diào)試方式：標(biāo)準(zhǔn)的 20 腳 JTAG 仿真調(diào)試和串行單線調(diào)試（ SWD）。JTAG調(diào)試接口在芯片實(shí)際工作時(shí)不是必需的，且 SWD 只需要一根時(shí)鐘信號(hào)線（ SWCLK）和一根數(shù)據(jù)信號(hào)線（ DWIO），不僅提高了調(diào)試速度，減少了 GPIO的使用，而且節(jié)省了 PCB的空間和布線難度。因此采用 SWD接口，如圖 。 圖 調(diào)試電路 本章小結(jié) 本章首先介紹了 ARM處理器，然后介紹了 STM32微控制器的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)，為了讓 STM32工作，設(shè)計(jì)了 STM32所需要的最小系統(tǒng)電路。 第四章處理器控制板輸入輸出配置 引言 飛控計(jì)算機(jī)硬件是飛控軟件的載體，是整個(gè)飛行控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)，該部分的好壞將直接決定飛控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)它也決定這飛行器的飛行性能的好壞。 控制器硬件 控制器需要完成的任務(wù)包括了采集飛行器的姿態(tài)角、姿態(tài)角速率、高度、空速、位置等信息，并將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析送到飛控軟件 進(jìn)行控制律解算，然后獲得舵機(jī) PWM控制指令驅(qū)動(dòng)舵機(jī)，達(dá)到控制的目的。此外，還要實(shí)現(xiàn)機(jī)載設(shè)備之間、機(jī)載設(shè)備與地面控制站之間的無線數(shù)據(jù)通信。 4263390236791500425577019716760042595806134100091440020764500051396901941195地面站 00地面站 5162550333375各路舵機(jī) 00各路舵機(jī) 35166301857375串口 USART00串口USART18402301826895PWM 捕獲 00PWM 捕獲 3592830356235PWM 輸出 00PWM 輸 出4991101918335 遙控器 00 遙控器 1832610356235STM32400000STM32 控制器硬件結(jié)構(gòu)圖如下： 圖 控制器硬件結(jié)構(gòu)圖 處理器 STM32在上一章介紹過了。接下來將介紹 USART串口通信和 PWM輸入輸出。 USART串口通信 飛控計(jì)算機(jī)與外界的交流，例如地面控制站指令接收、機(jī)載飛控?cái)?shù)據(jù)向地面工作站發(fā)送并保存等都依靠串口完成，串口模塊的設(shè)計(jì)直接影響飛控計(jì)算機(jī)的功能。 USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter)，即通用同步 /異步串行接收 /發(fā)送器，雖然在 PC 機(jī)上大部分被取消了，因?yàn)槠渫ㄐ潘俾省⒕嚯x、硬件特性等已經(jīng)不適合 PC 的要求，取而代之的是“通用串行通信口”，也就是常說的 USB口。但在嵌入式芯片中，它仍然是應(yīng)用最廣泛的一種通信接口。因?yàn)榍度胧接布脚_(tái)上，對(duì)通信的數(shù)據(jù)量、速率等要求并不是很高，而 USART 極低的硬件資源消耗、不錯(cuò)的可靠性、簡(jiǎn)潔的協(xié)議及高度的靈活性，使得其非常符合嵌入式設(shè)備的應(yīng)用需求 。 STM32配備了 3個(gè)增強(qiáng)型的 USART接口，都支持最新的通訊協(xié)議。每個(gè) USART的最大通信速率為 。它是一個(gè)可全面定制的串行通信口，其數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、停止位、波特率都可以設(shè)置。它的波特率產(chǎn)生器可以產(chǎn)生精確到小數(shù)級(jí)別的波特率，其精度比簡(jiǎn)單的式中分頻器高得多，而且不論時(shí)鐘信號(hào)的來源，它都可以保持精度。本文用到的串口通信為 RS323，時(shí)序如圖 。 圖 RS323串口通信時(shí)序圖 串行總線在空閑時(shí)保持邏輯 1的狀態(tài)，當(dāng)需要傳送一個(gè)字符時(shí)，首先要發(fā)送一個(gè)邏輯 0的起始位，表示開始發(fā)送數(shù)據(jù)；之后就逐個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位（邏輯 1）。圖 8中所示為通過 RS232串行通信發(fā)送字符“ 1”（二進(jìn)制 00110001），設(shè)置為 8位數(shù)據(jù)位， 1位奇偶校驗(yàn)位， 1 位停止位。利用 ST 公司提供的固件庫可以很方便地對(duì) STM32外設(shè)進(jìn)行初始化配置，其中包括時(shí)鐘、 GPIO管腳、串口 USART以及中斷等。 該部分電路選用 MAX3232芯片，該芯片采用專有的低壓差發(fā)送器輸出級(jí)，其只需要 4個(gè) μ F的外部電容即可工作，具有兩路接收器和兩路驅(qū)動(dòng)器。電路如圖 。 圖 中所示兩路串行通信口分別為導(dǎo)航信息接收串口和地面控制站數(shù)據(jù)交互串口，采用115200的波特率、 8位數(shù)據(jù)位、 1位停止位及無校驗(yàn)位的設(shè)置。 圖 串口通信電 路 PWM輸入捕獲 PWM 即脈沖寬度調(diào)制，輸入捕獲功能是指，通用定時(shí)器可以檢測(cè)某個(gè)通道對(duì)應(yīng)引腳上的電平邊沿，并在電平沿產(chǎn)生的時(shí)刻將當(dāng)前定時(shí)器計(jì)數(shù)值寫入捕獲 /比較寄存器中。接下來主要說明遙控器發(fā)出 PWM波，通過接收機(jī)接收，傳送給飛控計(jì)算機(jī)，并進(jìn)行輸入捕獲的過程。 PWM信號(hào) 本文選用的遙控器為天地飛九通道遙控器，接收機(jī)為 WFR09S。它們的主要參數(shù)為： 天地飛九通道遙控器： 原生 ：采取總線數(shù)據(jù)傳輸，提升了操控的敏捷度。 超強(qiáng)抗干擾：高端擴(kuò)頻（ DSSS） +調(diào)頻技術(shù)。 頻段： 35MHZ、 36MHz、 40MHz、 41MHz、 72MHz、 。 發(fā)射功率：≤ 100mW。 工作電流：≤ 300mA。 輸出脈沖： 1000μs2021μs。 編碼方式： PPM/PCMS 1024/PCMS 4096。 電源： 8()鎳鎘 /鎳氫充電電池 8(12V)普通堿性電池。 低電壓聲光提示：電池電壓≤ ，發(fā)射機(jī)發(fā)出蜂鳴聲且紅燈閃爍。 失控保護(hù)功能。 WFR09S接收機(jī)： 雙核、雙天線、雙路收發(fā)。 頻段： —。 解碼方式： PPM/PCMS 1024/PCMS 4096。 電源： —6V。 需要捕獲的 PWM 信號(hào)來自遙控器接收機(jī)，接收機(jī)上安裝與載波信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)的接受晶體，可接收遙控器發(fā)出的特定頻率的信號(hào)。然后，接收機(jī)通過不同的通道以 PWM波的形式輸出給飛控計(jì)算機(jī)，飛控計(jì)算機(jī)需要對(duì)這些 PWM波進(jìn)行捕獲。 獲得 PWM波的周期和高電平時(shí)間，以此可以計(jì)算得出該 PWM的占空比（在一串理想的脈沖序列中（如方波），正脈沖的持續(xù)時(shí)間與脈沖總周期的比值）。 STM32提供輸入捕獲功能，但 是需要消耗一個(gè)定時(shí)器的兩個(gè)通道，這樣的做法太占定時(shí)器資源，本設(shè)計(jì)中采用 GPIO的EXTI中斷方式實(shí)現(xiàn) PWM捕獲。 PWM波輸入引腳如表 ： 表 PWM波輸入引腳設(shè)置 序號(hào)信號(hào)符號(hào)信號(hào)名稱 GGPIO口片內(nèi)符號(hào)外接設(shè)備 1 IN_PWM01 PWM輸入 1 GPIOG PG8 遙控器通道 1（滾轉(zhuǎn)） 2 IN_PWM02 PWM輸入 2 GPIOG PG7 遙控器通道 2（俯仰） 3 IN_PWM03 PWM輸入 3 GPIOG PG6 遙控器通道 3（升降） 4 IN_PWM04 PWM輸入 4 GPIOG PG5 遙控器通道 4（偏航） 5 IN_PWM05 PWM輸入 5 GPIOG PG4 遙控器通道 5 6 IN_PWM06 PWM輸入 6 GPIOG PG3 遙控器通道 6 7 IN_PWM07 PWM輸入 7 GPIOG PG2 遙控器通道 7（輔助） 8 IN_PWM08 PWM輸入 8 GPIOD PD15 遙控器通道 8（輔助） 9 IN_PWM09 PWM輸入 9 GPIOD PD14 遙控器通道 9（輔助） 下面說明 GPIO、 EXTI初始化與使能過程： （ 1） 通過固件庫 RCC_APB2PeriphClockCmd（）函數(shù) [19]，使能 APB2外設(shè)時(shí)鐘。 （ 2） 通過 = GPIO_Mode_IPD語句，設(shè)置引腳輸入方式為下拉輸入。 （ 3） 通過 GPIO_Init（）函數(shù)，設(shè)置根據(jù) GPIO_InitStruct 中指定的參數(shù)初始化外設(shè) GPIOx寄存器。 （ 4） 通過 GPIO_EXTILineConfig（）函數(shù)，設(shè)置 GPIOx的某號(hào)管腳作為外部中斷線路。 （ 5） 通過語句 = SPEED_EXTI_LINE[]，設(shè)置中斷線。 （ 6） 通過語句 = ENABLE定義選定中斷線路的狀態(tài)為使能。 （ 7） 通過語句 = EXTI_Mode_Interrupt，設(shè)置 EXTI線路為中斷請(qǐng)求。 （ 8） 通過語句 = EXTI_Trigger_Rising，設(shè)置輸入線路上升沿為中斷請(qǐng)求。 （ 9） 通過一個(gè) if語句，如果設(shè)置成功，定義選中線路的狀態(tài)為使能；如果設(shè)置不成功，則定義選中線路的狀態(tài)為失能。 PWM脈寬測(cè)量定時(shí)器設(shè)置 PWM脈寬測(cè)量定時(shí)器設(shè)置如下： （ 1） 通過 RCC_APB1PeriphClockCmd()函數(shù)，使能時(shí)鐘 TIM7。 （ 2） 通過 = 0xffff語句，設(shè)置了在下一個(gè)更新事件裝入活動(dòng)的自動(dòng)重裝載寄存器周期的值為 0xffff。即計(jì)數(shù)器最大計(jì)數(shù)值為 65535，當(dāng)計(jì)數(shù)值遞增至 65535時(shí)，將重新歸零繼續(xù)向上計(jì)數(shù)。 （ 3） 通過 = 721語句，設(shè)置了時(shí)鐘頻率的預(yù)分頻值為71。我們可以得到計(jì)時(shí)器單次計(jì)數(shù)時(shí)間為： TCNT=7199+172MHz=100μ s （ 4） 通過語句 = 0，設(shè)置時(shí)鐘分割的值為零。 （ 5） 由 = TIM_CounterMode_Up設(shè)置計(jì)數(shù)方式為