【文章內容簡介】 器，而存儲器則既可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù)。除了發(fā)送器和接收器外，器件在執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸時也可以被看作是主機或從機（見表32），主機是初始化總線的數(shù)據(jù)傳輸并產生允許傳輸?shù)臅r鐘信號的器件。此時 任何被尋址的器件都被認為是從機。表32 I2C總線術語定義術語描述發(fā)送器發(fā)送數(shù)據(jù)到總線的器件接收器從總線接收數(shù)據(jù)的器件主機初始化發(fā)送，產生時鐘信號和終止發(fā)送的器件從機被主機尋址的器件多主機同時有多于一個主機嘗試控制總線，但不被破壞報文仲裁是一個在有多個主機同時嘗試控制總線但只允許其中一個控制總線并使報文不被破壞的過程同步兩個或多個器件同步時鐘信號的過程圖38 起始和停止信號在I2C 總線中唯一出現(xiàn)的是被定義為起始S和停止P條件見圖38的情況，其中一種情況是在SCL 線是高電平時SDA 線從高電平向低電平切換這個情況表示起始條件，當SCL 是高電平時SDA 線由低電平向高電平切換表示停止條件，起始和停止條件一般由主機產生總線在起始條件后被認為處于忙的狀態(tài)，在停止條件的某段時間后，總線被認為再次處于空閑狀態(tài)。如果產生重復起始S條件而不產生停止條件，總線會一直處于忙的狀態(tài)此時的起始條件S和重復起始S條件在功能上是一樣的，符號S將作為一個通用的術語既表示起始條件又表示重復起始條件，除非有特別聲明的S如果連接到總線的器件合并了必要的接口硬件，那么用它們檢測起始和停止條件十分簡便，但是沒有這種接口的微控制器在每個時鐘周期至少要采樣SDA 線兩次來判別有沒有發(fā)生電平切換。在MPU6050工作的時候，通過邏輯分析儀采集到I2C通信時的時序圖，如圖39 所示。圖39 MPU6050工作時I2C協(xié)議時序圖圖310 I2C協(xié)議時序圖如圖310所示MPU6050工作時的時序圖。首先主機也就是飛控端MCU是時鐘線保持高電平，數(shù)據(jù)線被拉低，產生一個起始信號，緊接著主機（MCU）向從機（MPU6050）發(fā)送寫設備地址信號，這時的設備地址就是MPU6050的器件地址b11010000，最后一位是0表示發(fā)送的是寫的地址；從機收到設備地址之后返回個ACK，然后主機再向從機發(fā)送設備子地址，也就是寄存器地址，從機再返回ACK，接下來當時鐘線保持高電平數(shù)據(jù)線被拉低時再次發(fā)送信號，這時發(fā)送的是讀取設備的地址b11010001，最后位為1是讀??；等到從機返回ACK之后主機開始讀取到數(shù)據(jù)，MCU讀取到數(shù)據(jù)之后，單次通信完成，等待進入下一次通信。 電機驅動電路設計飛行器硬件電路設計中，電機驅動部分也相當重要。本次所采用的電機是空心杯820直流有刷電機，驅動思路是這樣的，電機的一端接電源正級，負極端接MOS管，MOS管通過飛行器MCU的PWM來控制它的開啟與關閉從而控制電機轉速。四個電機驅動的PWM分別于MCU的PIO0_0、PIO0_PIO0_PIO0_3引腳連接。其電路原理圖如圖311所示。 如311 電機驅動原理圖 圖312 SI2302特性曲線圖對于N溝道增強型MOS管SI2302，主要參數(shù)如下：晶體管類型：N溝道MOSFET 最大功耗PD：柵極門限電壓VGS：（典型值）漏源電壓VDS：20V（極限值）漏極電流ID：通態(tài)電阻RDS(on)：（典型值）柵極漏電流IGSS：177。100nA結溫：55℃150℃直流有刷電機驅動采用此MOS管，其特性曲線如圖312所示，由圖可知，它的開啟電壓為1V，當Vgs=2V時其最大的工作電流可以達到4A，完全能達到本次設計要求；D2反向二極管防止電機斷電之后繼續(xù)轉產生的電流擊穿MOS管，起著保護MOS管的作用；R12為單片機I/O口的限流電阻；R14為下拉電阻，防止單片機上電之后I/O口為高電平時電機轉動。 串口調試電路設計在本次畢業(yè)設計中，串口調試電路只用在遙控器當中，遙控器直接通過Micro USB接口給遙控器供電，然后連接串口，就可以直接跟上位機連接，方便程序調試。本次設計選用的串口轉USB芯片是CH340G芯片，CH340G具有以下特點：●全速USB設備接口，兼容USB，外圍元器件只需要晶體和電容?！穹抡鏄藴蚀?，用于升級原串口外圍設備，或者通過USB增加額外串口?！裼嬎銠C端Windows操作系統(tǒng)下的串口應用程序完全兼容，無需修改?！裼布p工串口，內置收發(fā)緩沖區(qū)，支持通訊波特率50bps～2Mbps?！裰С殖Ｓ玫腗ODEM聯(lián)絡信號RTS、DTR、DCD、RI、DSR、CTS?！裢ㄟ^外加電平轉換器件，提供RS23RS48RS422等接口。●支持IrDA規(guī)范SIR紅外線通訊，支持波特率2400bps到115200bps。●軟件兼容CH341，可以直接使用CH341的驅動程序?！瘛裉峁㏒SOP20和SOP16無鉛封裝，兼容RoHS。圖313 CH340G電路原理圖CH340G硬件電路圖如圖313所示。設計電路連接中比較注意的地方有以下兩點：（1）CH340芯片正常工作時需要外部向XI引腳提供12MHz的時鐘信號。一般情況下，時鐘信號由CH340內置的反相器通過晶體穩(wěn)頻振蕩產生。外圍電路只需要在XI和XO引腳之間連接一個12MHz的晶體，并且分別為XI和XO引腳對地連接振蕩電容。（2）。當使用5V工作電壓時，CH340芯片的VCC引腳輸入外部5V電源。，CH340芯片的V3引腳應該與VCC引腳相連接。，所以V3直接跟VCC連接。 PCB設計硬件電路原理圖設計完畢之后，接下來就是PCB的設計。本次設計采用雙層電路板印制，遙控器和飛行器均不加外殼，直接使用PCB板作為支架外形，焊接上元器件直接可以使用。 PCB設計技巧規(guī)則對于IC、非定位接插件等大器件，可以選用50~100mil的格點精度進行布局，而對于電阻電容和電感等無源小器件，可采用25mil的格點進行布局。大格點的精度有利于器件的對齊和布局的美觀。1．PCB布局規(guī)則（1）在通常情況下，所有的元件均應布置在電路板的同一面上，只有頂層元件過密時，才能將一些高度有限并且發(fā)熱量小的器件，如貼片電阻、貼片電容、貼片IC等放在底層。（2）在保證電氣性能的前提下，元件應放置在柵格上且相互平行或垂直排列，以求整齊、美觀，在一般情況下不允許元件重疊；元件排列要緊湊，元件在整個版面上應分布均勻、疏密一致。（3）電路板上不同組件相臨焊盤圖形之間的最小間距應在1MM以上。（4），長寬比為3:2或4:3。電路板面尺大于200MM乘150MM時，應考慮電路板所能承受的機械強度。2．布局技巧在PCB的布局設計中要分析電路板的單元，依據(jù)起功能進行布局設計，對電路的全部元器件進行布局時，要符合以下原則：（1） 按照電路的流程安排各個功能電路單元的位置，使布局便于信號流通，并使信號盡可能保持一致的方向。（2）以每個功能單元的核心元器件為中心，圍繞他來進行布局。元器件應均勻、整體、緊湊的排列在PCB上，盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。（3）在高頻下工作的電路，要考慮元器件之間的分布參數(shù)。一般電路應盡可能使元器件并行排列，這樣不但美觀，而且裝焊容易，易于批量生產。 PCB設計步驟1．布局設計在PCB中，特殊的元器件是指高頻部分的關鍵元器件、電路中的核心元器件、易受干擾的元器件、帶高壓的元器件、發(fā)熱量大的元器件，以及一些異性元器件，這些特殊元器件的位置需要仔細分析，做帶布局合乎電路功能的要求及生產的需求。不恰當?shù)姆胖盟麄兛赡墚a生電路兼容問題、信號完整性問題，從而導致 PCB設計的失敗。在設計中如何放置特殊元器件時首先考慮PCB尺寸大小?？煲踪徶赋鯬CB尺寸過大時，印刷線條長，阻抗增加，抗燥能力下降，成本也增加；過小時，散熱不好，且臨近線條容易受干擾。在確定PCB的尺寸后，再確定特殊元件的擺放位置。最后，根據(jù)功能單元，對電路的全部元器件進行布局。特殊元器件的位置在布局時一般要遵守以下原則：（1）盡可能縮短高頻元器件之間的連接，設法減少他們的分布參數(shù)及和相互間的電磁干擾。易受干擾的元器件不能相互離的太近，輸入和輸出應盡量遠離。（2）一些元器件或導線有可能有較高的電位差，應加大他們的距離，以免放電引起意外短路。高電壓的元器件應盡量放在手觸及不到的地方。（3）重量超過15G的元器件，可用支架加以固定，然后焊接。那些又重又熱的元器件，不應放到電路板上，應放到主機箱的底版上，且考慮散熱問題。熱敏元器件應遠離發(fā)熱元器件。（4）對與電位器、可調電感線圈、可變電容器、微動開關等可調元器件的布局應考慮整塊扳子的結構要求，一些經常用到的開關，在結構允許的情況下，應放置到手容易接觸到的地方。元器件的布局到均衡，疏密有度，不能頭重腳輕。一個產品的成功，一是要注重內在質量。而是要兼顧整體的美觀，兩者都比較完美的扳子，才能成為成功的產品。2．放置順序（1）放置與結構有緊密配合的元器件，如電源插座、指示燈、開關、連接器等。（2）放置特殊元器件，如大的元器件、重的元器件、發(fā)熱元器件、變壓器、IC等。（3）放置小的元器件。3．布局檢查（1）電路板尺寸和圖紙要求加工尺寸是否相符合。（2）元器件的布局是否均衡、排列整齊、是否已經全部布完。（3）各個層面有無沖突。如元器件、外框、需要私印的層面是否合理。（4）常用到的元器件是否方便使用。如開關、插件板插入設備、須經常更換的元器件等。 PCB外形設計經過兩周的時間準備硬件電路模塊選擇以及PCB的設計，按照最初的構思，根據(jù)硬件設計框圖，最終設計好遙控器和飛行器的PCB電路版，本次設計將采用制作出的電路版作為外型尺寸不做外包裝。在設計過程中，遙控器外設計靈感來自游戲手柄，這樣設計的目的是把遙控器能直接握在手里，同時非常有手感。飛行器外形設計比較復雜，直接用Altium Designer 09軟件無法達到效果，要求飛行器外形的四個電機位置必須是關于中心對稱，以免不對稱導致平衡更加的難以控制，再考慮到這些因素之后，設計采用CAD專業(yè)繪圖軟件繪制飛行器外形，最終把繪制好的外框導入到Altium Designer 09軟件里面PCB設計的keepoutplayer層作為外形切割，如圖31315分別為遙控器和飛行器的PCB圖。 圖313 遙控器PCB圖 圖314 飛行器PCB圖 實物介紹本次畢業(yè)制作了實物，實物圖如圖31316所示。圖315 遙控器實物圖圖316 飛行器實物圖 實物操作細節(jié)如下所示：上電：首先給遙控器上電，等待遙控器LED信號燈閃爍之后再給飛行器上電。第一步必須要這樣做，這樣做是為防止飛行器先上電之后接收到無線信號不準確從而導致飛行器出現(xiàn)不確定的飛行情況。解鎖：解鎖過程需要雙手同時操作，雙手握住搖桿，左邊搖桿控制油門，右邊搖桿控制方向，當雙手遙桿同時往下掰到最下方，持續(xù)2S左右，可以看到飛行器四周的LED燈開始閃爍，說明解鎖成功。上鎖：上鎖過程也需要雙手同時操作，左手把搖桿掰到最左邊位置同時右手把搖桿掰到最低位置，等待遙控器閃爍LED熄滅電機停止轉動，說明以上鎖，飛行器停止等待重新解鎖過程。飛行操作：待飛行器解鎖成功之后，左手輕輕推動油門，可以看見飛行器電機慢慢開始轉動起來，繼續(xù)加大油門之后可以使飛行器飛起來，右手可以調整飛行的方向。注意：上電順序不能弄反，操作需緩慢進行，飛行器別在狹小的空間飛行，千萬要固定好飛行器電池跟無線通信模塊。第4章 系統(tǒng)軟件設計 Keil Keil MDK概述 Keil MDK，也稱MDKARM，Realview MDK、IMDK、uVision5等。目前Keil MDK 由三家國內代理商提供技術支持和相關服務。MDKARM軟件為基于CortexM、CortexRARMARM9處理器設備提供了一個完整的開發(fā)環(huán)境。 MDKARM專為微控制器應用而設計，不僅易學易用，而且功能強大，能夠滿足大多數(shù)苛刻的嵌入式應用。MDKARM有四個可用版本，分別是MDKLite、MDKBasic、MDKStandard、MDKProfessional。所有版本均提供一個完善的C / C++開發(fā)環(huán)境，其中MDKProfessional還包含大量的中間庫。 Keil MDK功能特點 ●完美支持CortexM、CortexRARM7和ARM9系列器件；●行業(yè)領先的ARM C/C++編譯工具鏈；●確定的Keil RTX ，小封裝實時操作系統(tǒng)（帶源碼）；●μVision5 IDE集成開發(fā)環(huán)境，調試器和仿真環(huán)境；●TCP/IP網(wǎng)絡套件提供多種的協(xié)議和各種應用；●提供帶標準驅動類的USB 設備和USB 主機棧；●為帶圖形用戶接口的嵌入式系統(tǒng)提供了完善的GUI庫支持；●ULINKpro可實時分析運行中的應用程序，且能記錄CortexM指令的每一次執(zhí)行；●關于程序運行的完整代碼覆蓋率信息；●執(zhí)行分析工具和性能分析器可使程序得到最優(yōu)化；●大量的項目例程幫助你快速熟悉MDKARM強大的內置特征；●符合CMSIS (Cortex微控制器軟件接口標準)。 軟件設計框圖系統(tǒng)軟件設計主要包括遙控器程序設計和飛行器程序設計。遙控器主要作用就是采集操控信息發(fā)送給飛行器，飛行器的程序是最重要的也是最難的，包括接收無線數(shù)據(jù)和慣性測量單元數(shù)據(jù)讀取以及數(shù)據(jù)處理部分。遙控器和飛行器程序設計流程圖如圖442所示。 圖41 遙控器程序流程圖 圖42 飛行器程序流程圖 在遙控器程序設計中，采用循環(huán)采集ADC電壓并無線發(fā)送數(shù)據(jù)。ADC電壓取值范圍是0~，分辨率為100，采集到數(shù)據(jù)即為0~250，并把采集到的電壓值存入無線傳輸緩存Buf數(shù)組里面。Buf數(shù)組定義為8位數(shù)據(jù)類型，設置了8位長度，Buf[0]里面存入幀頭，Buf[1]里存放油門