【文章內容簡介】 通信，采用SPI的通信可以更加及時的將姿態(tài)信息傳輸給STM32，以便STM32更加及時的對姿態(tài)進行處理。為了充分發(fā)揮MPU6000的各個功能，將MPU的I2C總線外接出來，以便外接一個磁力傳感器作為從設備，將FSYNC幀同步引腳接到單片機上，并將數(shù)據(jù)中斷產生引腳也引到單片機上，用戶可以自由運用MPU6000的所有功能。 電池電量檢測電路的設計圖39 電池電量檢測電路的設計電池電量的檢測包括電壓的檢測和電流的檢測。如圖，接線端子P18和P19用來接電池用的，電池電壓經過R58和R59兩個電阻進行分壓之后通過PC2引到單片機的ADC通道，單片機通過該路的AD采集就能測出電池電壓；電池電壓經過采樣電阻R60之后產生一定的壓差，該壓差的差值太小，不能被單片機識別，所以將R60兩端的電壓差值經過電流傳感器MAX9643進行差分放大、并抑制住了共模信號，電流傳感器的輸出通過PA0接到單片的ADC通道，單片機通過AD采樣可以測出電池的電流。 指示燈的設計圖312 指示燈的設計主板電路指示燈的作用是用來指示某些功能是否正常運行，其中LED4是用來判斷電源是否正常上電，LED1用來指示滾轉狀態(tài)，LED2用來指示俯仰運動狀態(tài)，LED3用來指示偏航運動狀態(tài)。 主控電路PCB板的設計整塊主控板的布局和規(guī)劃需要做如下考慮：(1)晶振必須要盡可能近的靠近單片機，以便供單片機更好的時鐘信號。(2)整體布局盡可能緊湊，減小整塊飛控板的面積，使飛控板更加集成化。(3)必須要考慮到插座的擺放位置，確保插座的穩(wěn)固，以便防止拔插出現(xiàn)脫落等現(xiàn)象。(4)信號線之間的連線盡可能短，保證信號線的傳輸速度和準確性。(5)需要對每一層進行對地鋪銅，做好屏蔽作用。整塊飛控板的布局如附錄7所示4 基于STM32的uC/OSII系統(tǒng)設計 系統(tǒng)軟件編譯環(huán)境的介紹與配置目前STM32較為熱門的編譯環(huán)境有IAR編譯器和MDK編譯器兩種。MDK是一個集成了多功能編譯器的窗口化軟件開發(fā)環(huán)境。MDK不僅具有編譯功能，還可以用在線調試器通過JLINK連接目標程序進行在線調試，在MDK編程環(huán)境下進行對uC/OSII系統(tǒng)程序設計既方便又快捷。用MDK編譯環(huán)境進行系統(tǒng)程序設計的簡單操作和配置如下：(1)先打開準備好的STM32的標準外設庫，如41圖所示，打開MDK，在project中點擊Open project…打開 APP工程。圖41 MDK打開工程界面(2)選擇芯片型號，打開編譯窗口的option,在divice中選擇ST公司的STM32F103VC，如下圖所示：圖42 MDK芯片型號選擇界面(3)在圖52中的Target菜單欄中設置外部晶振為8MHz，為了讓串口打印正常，還必須在C/C++菜單欄中的Optinization選擇Level1(01)以上的版本。(4)對在線調試的配置如圖43所示：圖43 MDK debug界面當剛開始移植完程序時，我們只需要測試程序能否編譯通過，所以選擇Use Simulator；當我們在調試程序是，需要連接JLink進行在線仿真時，我們要選擇Use CortextM/R Jtrace,并把run to main()打鉤。打開setings，在flash down load菜單下點擊add，將stm32f10x…加入。如圖44所示：圖44 MDK芯片flash配置界面 uC/OSII系統(tǒng)的移植uC/OSII移植簡單快捷，下面對如何將uC/OSII移植到STM32做粗略介紹。將uCOSII文件夾中的Source和Ports兩個文件夾全部拷貝到工程文件中，并在工程文件中新建一個uC/OSII/Port和uC/OSII/SOURCE兩個文件夾。、OS_DEBUG_E、OS_EVENT_MULTI_EN、OS_FLAG_EN 、 OS_MBOX_EN、 OS_MEM_EN 、 OS_MUTEX_EN 、OS_Q_EN、OS_SEM_EN、OS_TMR_EN等使能標志位全部清零。OS_CPU_SysTickHandler(void)。和 voidOS_CPU_SysTickInit(INT32U ts)。函數(shù)刪掉；。define OS_COMPILER_OPT __root中的_root刪掉，再將 OS_CPU_SR_SAVE、PUBLIC OS_CPU_SR_Restore、PUBLIC OSStartHigRdy、PUBLIC OSCtxSw、PUBLIC OS_IntCtxSw、OS_CPU_PendSVHandler中的PUBLIC改為EXPORT。；在 ，包括： 、、、。，如下：,，詳見附錄1。按照以上步驟，就將uC/OSII移植成功了，接下來就在main函數(shù)中創(chuàng)建用戶需要的任務，系統(tǒng)便能正常運行了。 STM32整體配置STM32各個功能模塊的總體配置步驟包括如下幾個方面：時鐘喚醒、設置各個功能模塊的模式、初始化功能模塊、使能功能模塊。 輸入/輸出管腳的配置，，寫入include 。接下來就開始配置時鐘了，由于STM32的通用輸入/輸出管腳(General purpose input output ports簡稱：GPIO)都掛在高速外設時鐘上，所以進行如下命令：RCC_APB2PeriphClockCmd ( RCC_APB2Periph_GPIOC,ENABLE )。接下來配置GPIO的速率，輸入輸出模式，對需要的GPIO引腳進行使能；最后進行GPIO的初始化后就可以操作GPIO了。指令GPIO_SetBits(GPIOA,GPIO_Pin_6)。GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_5)。是對GPIO輸出口置1和置0；GPIO_ReadInputDataBit(GPIOA,GPIO_Pin_6)；指令是讀取GPIO的輸入電平值。GPIO的配置如下圖所示：GPIO時鐘使能GPIO管腳的選擇GPIO輸入輸出模式的選擇GPIO初始化圖45 GPIO的配置 串口的配置串口的設置包括：時鐘喚醒，復位串口，配置Tx和Rx的IO口，串行口中斷初始化，串口的波特率、字長、校驗位等的配置。串口的配置流程如圖46所示：Tx、Rx引腳串口時鐘使能配置Tx為輸出模式、Rx為輸入模式串口中斷向量配置串口波特率、校驗位的設置使能串口圖46 串口UART1的配置 定時器輸出PWM的配置定時器輸出PWM的配置包括：定時器和對應輸出PWM的引腳的時鐘喚醒，根據(jù)用戶需要設定的PWM的頻率設定定時器的預分頻、溢出值等，使能輸出PWM。PWM頻率的計算包括以下幾種情況：(1)當用戶設定的定時器預分頻為1時，PWM的計算如下：(2) 當用戶設定的定時器預分頻不為1時，PWM的計算如下：其中fPWM表示設定的時鐘頻率；fCLK表示定時器的時鐘源的頻率，當定時器的時鐘源是高速外設時鐘時，fCLK一般為72MHz，當定時器的時鐘源是低速外設時鐘時，fCLK一般為36MHz ；TIM_Period表示時鐘溢出周期；TIM_Prescaler表示時鐘預分頻數(shù)。定時輸出PWM的配置流程如圖47所示：PWM對應IO口的時鐘喚醒PWM對應IO口初始化定時器的時鐘喚醒配置定時器配置PWM及配置PWM的占空比使能PWM圖47 輸出PWM的配置流程 SPI接口驅動程序設計SPI接口驅動需要包括：SPI功能的時鐘使能和SPI對應管腳的時鐘使能；SPI管腳配置：將SCLK時鐘引腳、MOSI數(shù)據(jù)傳輸管腳和CS片選管腳設置成推挽式輸出模式，將MISO數(shù)據(jù)傳輸管腳設置成上拉輸入模式；對SPI模式進行配置，包括主從模式的配置、單雙工模式的配置、每一個時鐘周期傳輸數(shù)據(jù)的位數(shù)的配置、空閑時時鐘信號的電平配置、跳變沿采樣的配置、采樣時鐘的頻率的配置、從高位還是從低位傳輸?shù)呐渲?、校驗位的配置等。具體流程見圖48所示。使能SPI及相應的IO管腳的時鐘配置SPI相應IO管腳配置SPI模式使能SPI圖48 SPI接口的驅動流程以上的操作基本完成了四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的STM32內核的基本硬件配置，接下來用戶就可以根據(jù)自己的需要編寫自己的用戶代碼了。 uC/OSII系統(tǒng)的任務劃分由于uC/OSII系統(tǒng)是一個搶占式優(yōu)先級的實時控制系統(tǒng)，在進行系統(tǒng)任務劃分時，必須將實時性要求高的任務的周期設置盡量短，優(yōu)先級往高規(guī)劃，將實時性要求低的任務周期可以設置較長，優(yōu)先級往低規(guī)劃。表41是本設計的總體的任務規(guī)劃：表41 uC/OSII任務的劃分任務名稱周期優(yōu)先級姿態(tài)解算和控制任務20ms2數(shù)據(jù)采集（A/D）任務35ms5遙控控制任務500s8LED控制任務100ms11電壓檢測和警報任務800ms15任務調度2s205 四旋翼機的姿態(tài)控制程序設計 姿態(tài)采集和解算的程序設計姿態(tài)信息的采集與解算是四旋翼飛行器姿態(tài)控制系統(tǒng)的關鍵部分，姿態(tài)信息采集的精度和速度直接關乎到四旋翼機姿態(tài)控制的準確性和及時性。本設計是從MPU6000陀螺儀加速度傳感器中每20ms采集一次相應的加速度和陀螺角速度，通過傳統(tǒng)的四元數(shù)算法[10]，將加速度和陀螺角速度融合運算與濾波，計算出相應的四元數(shù)，再將得出的四元數(shù)轉換成相應的三個空間歐拉角(Roll，Pitch，Yaw)。 姿態(tài)信息的采集程序設計(1)MPU6000 SPI時序分析圖51 MPU6000 SPI時序如上圖所示，MPU6000是SPI的8位的全雙工模式工作的：傳輸數(shù)據(jù)時數(shù)據(jù)由高位向地位傳送；數(shù)據(jù)被采樣在SCLK的上升沿，數(shù)據(jù)輸出在SCLK的下降沿；SCLK配置的最高頻率不能高于1MHz；SPI讀寫操作都在16或更多的時鐘周期完成， 即在兩個或者兩個以上的字節(jié)的時鐘周期完成，第一個字節(jié)為SPI地址，第二字節(jié)SPI數(shù)據(jù)，第一字節(jié)的最高位位包含了讀/寫(讀為1或寫為0操作)位。MPU6000的地址和數(shù)據(jù)寄存器如表51 和表52所示：表 51 SPI地址寄存器MSB——————LSBR/WA6A5A4A3A2A1A0表 52 SPI數(shù)據(jù)寄存器MSB——————LSBD7D6D5D4D3D2D1D0在本設計中，MPU6000和data flash共用一個SPI接口，由于data flash是高速SPI，而MPU6000最大速度才能達到1MHz，所以在系統(tǒng)初始化時將data flash運用STM32內部SPI進行配置，MPU6000的SPI用GPIO去模擬。1) SPI的寫指令MPU6000按一次8位進行傳輸，所以用戶只需對MOSI進行8次的循環(huán)動作，而由于該SPI是上升沿輸出模式，所以在對MOSI進行相應位的傳輸?shù)臅r候，給SPI的時鐘信號一個由低到高的跳變信號，從機便可以接收到STM32輸出的電平信號。2) SPI的讀取指令SPI為下降沿采樣模式，在對MISO進行相應位的采用時，給SPI的時鐘信號一個由高到低的跳變信號，STM32便可以接收到從機的輸出的電平信號。3) STM32向MPU6000的地址寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)MPU6000內部寄存器的地址最高位為0表示寫命令，所以在片選信號拉低時，將要寫入數(shù)據(jù)的地址寫入到MPU6000，緊接著寫入相應數(shù)據(jù)，將片選信號拉高，完成操作。4) STM32從MPU6000的地址讀取一個字節(jié)的數(shù)據(jù)MPU6000內部寄存器的地址最高位為1表示寫命令，所以在片選信號拉低時，將要讀取數(shù)據(jù)的地址的最高位置一并寫入到MPU6000，緊接著讀取相應數(shù)據(jù)，將片選信號拉高，完成操作。(2) MPU6000初始化表53 MPU6000初始化相關寄存器寄存器名稱用戶訪問地址寄存器描述PWR_MGMT_1可讀/可寫0x6B電壓控制USER_CTRL可讀/可寫