【正文】 路定時(shí)器 PWM，剛好驅(qū)動(dòng)飛行器的四個(gè)電機(jī)。 MCU最小系統(tǒng)電路原理圖如圖 34 所示。 其中 30個(gè) I/O口 引腳中， PIO0_21復(fù)用外接復(fù)位芯片引腳； PIO0_1 PIO0_20兩個(gè)引腳 復(fù)用 JLINK仿真調(diào)試 SWD模式下載的 SWCLK和 SWDIO引腳； PIO0_0~ PIO0_3為 SCT定時(shí)器產(chǎn)生 PWM引腳，同時(shí)也復(fù)用 ADC0通道引腳。 NXP LPC1549引腳還有一種開關(guān)矩陣功能，為了 使 硬件電路設(shè)計(jì) 方便 ， 特有的功能。 吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 PI O 0 _ 0 / ADC 0 _ 10 / SCT 0 _ OUT 31PI O 0 _ 1 / ADC 0 _ 7 / SCT 0 _ OUT 42PIO 0 _ 2 / ADC 0 _ 6 / SCT 1 _ OUT 33PIO 0 _ 3 / ADC 0 _ 5 / SCT 1 _ OUT 44PI O 0 _ 4 / ADC 0 _ 45PI O 0 _ 5 / ADC 0 _ 36PIO 0 _ 6 / ADC 0 _ 2 / SCT 2 _ OUT 37PI O 0 _ 7 / ADC 0 _ 18P I O 0 _ 8 / ADC 0 _ 0 / T D O9VREFP10VREFN11P I O 0 _ 9 / ADC 1 _ 1 / T D I12PI O 0 _ 18 / SCT 0 _ OUT 513VDDCMP14PI O 0 _ 10 / ADC 1 _ 215VDDA16VSSA17PIO 0 _ 11 / ADC 1 _ 318PIO 0 _ 12 / DAC _ OUT19VSS20PI O 0 _ 13 / ADC 1 _ 621PI O 0 _ 14 / ADC 1 _ 7 / SCT 1 _ OUT 522PIO 0 _ 15 / ADC 1 _ 823PIO 0 _ 16 / ADC 1 _ 924X T A L O U T25X T A L I N26VDD27P I O 0 _ 17 / W A K E U P / T R S T28S W C L K / P I O 0 _ 19 / T C K29VBAT30RT CX IN31RT CX O U T32S W D I O / P I O 0 _ 20 / S C T 1 _ OUT 6 / T M S33RE SE T n / PI O 0 _ 2134U SB _ DP35U SB _ DM36PIO 0 _ 22 / I 2 C 0 _ SCL37PI O 0 _ 23 / I 2 C 0 _ SD A38VDD39VSS40VSS41VDD42PIO 0 _ 24 / SCT 0 _ OUT 643PIO 0 _ 25 / A CMP 0 _ I 444PIO 0 _ 26 / A CM P 0 _ I 3 / SCT 3 _ OUT 345PIO 0 _ 27 / A CM P _ I 146PIO 0 _ 28 / A CMP 1 _ I 347P IO 0 _ 29 / A CMP 2 _ I 3 / SCT 2 _ OUT 448U 1L PC 1 5 4 9 J BD 48PW M 0PW M 1PW M 2PW M 3SW D _ IOSW D _ CL KD G N D A G N DDP 3 V 3 AP 3 V 3L E D 0L E D 1L E D 2L E D 3T X DRX DCECSNSCKM O SIM IS OIN RSCLS D AIN T123X 112 MC 322 pFC 422 pFD G N DGND1n RE ST2n MR3V CC4CA T 8 1 1 ST BIU 3R 91 0 0 k ΩD G N DGNDC 51 0 3R 810 k ΩR 710 k ΩV C CS Y S _ RE S 圖 34 MCU最小系統(tǒng)電路原理圖 無線通信模塊電路設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)無線通信模塊采用的是 NRF24L01模塊。 無線 NRF24L01模塊與 MCU之間連 接口如表 31所示。 吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 15 表 31 NRF24L01引腳 與 MCU引腳連接對(duì)照 MCU引腳 NRF24L01引腳 功能 PIO0_12 CE 使能發(fā)送或接收 PIO0_13 CSN SPI片選信號(hào) PIO0_14 SCK SPI時(shí)鐘信號(hào) PIO0_15 MOSI SPI數(shù)據(jù)輸入腳 PIO0_16 MISO SPI數(shù)據(jù)輸出腳 SPI（ Serial Peripheral Interface）是一種串行同步通訊協(xié)議，由一個(gè)主設(shè)備和一個(gè)或多個(gè)從設(shè)備組成，主設(shè)備啟動(dòng)一個(gè)與從設(shè)備的同步通訊，從而完成數(shù)據(jù)的交換。通訊時(shí)，數(shù)據(jù)由 MISO 輸出， MOSI 輸入，數(shù)據(jù)在時(shí)鐘的上升或下降沿由 MISO 輸出，在緊接著的下降或上升沿由 MOSI 讀入，這樣經(jīng)過 8/16 次時(shí)鐘的改變，完成 8/16 位數(shù)據(jù)的傳輸。 如果CPOL=0，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為低電平；如果 CPOL=1，串行同步時(shí)鐘的空閑狀態(tài)為高電平。如果 CPHA=0，在串行同步時(shí)鐘的第一個(gè)跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣；如果 CPHA=1，在串行同步時(shí)鐘的第二個(gè)跳變沿（上升或下降）數(shù)據(jù)被采樣。 SPI通信協(xié)議時(shí)序圖如圖 36所示。 因其封裝尺寸太小，并且是 QFN的封裝方式，焊接難度非常之大。 MPU6050 與 MCU 之間連接 只需 兩根線，一跟是 I2C時(shí)鐘線 SCL與 MCU的 PIO0_22引腳連接，另一根 I2C數(shù)據(jù)線SDA與 MCU的 PIO0_23引腳連接。 IN TI 2 C _ SCLI 2 C _ SD ACL K IN1AUX _ DA6AUX _ CL7V L O G IC8AD 09RE G O U T10FSY N C11IN T12VDD13GND18RE SV 119RE SV 221CPO U T20CL K O U T22SCL23SD A24U 5MP U 6 0 5 0DP 3 V 3DP 3 V 3D G N DD G N DC 231 0 4C 222 . 2 nFC 211 0 4R 2210 k ΩR 2110 k ΩR 2010 k ΩDP 3 V 3 圖 37慣性測(cè)量單元電路 圖 在圖 37中， 3個(gè) 10K上拉電阻 R R2 R22是為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力， MPU6050的七位設(shè)備地址是 b110100x，最后一位是通過 AD0管腳的電平來確定，本設(shè)計(jì)接的是地，所以設(shè)備地址是 b1101000。 MPU6050的角速度全格感測(cè)范圍為 177。500、 177。2020176。2g、177。8g與 177。 產(chǎn)品傳輸可透過最高至 400kHz的 IC。5%、 177。5%，邏輯接口 VVDIO供電為 177。 MPU6000 的包裝尺寸 (QFN)，在業(yè)界是革命性的尺寸。1%變動(dòng)的振蕩器。 每個(gè)器件都有一個(gè)唯一的地址識(shí)別 （ 無 論是微控制器 LCD驅(qū)動(dòng)器存儲(chǔ)器或鍵盤接口）而且 都可以作為一個(gè)發(fā)送器或接收器 （ 由器件的功能決定 ）， 很明顯 ， LCD 驅(qū)動(dòng)器只是一個(gè)接收器 ， 而存儲(chǔ)器則既 可以接收又可以發(fā)送數(shù)據(jù) 。此時(shí) 任何被尋址的器件都被認(rèn)為是從機(jī)。如果產(chǎn)生重復(fù)起始 S 條件而不產(chǎn)生停止條件，總線會(huì)一直處于忙的狀態(tài)此時(shí)的起始條件 S 和重復(fù)起始 S 條件在功能上是一樣的，符號(hào) S 將作為一個(gè)通用的術(shù)語既表示起始條件又表示重復(fù)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(cè)起始和停止條件十分簡(jiǎn)便，但是沒有這種接口的微控制器在每個(gè)時(shí)吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 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。 圖 39 MPU6050工作時(shí) I2C協(xié)議時(shí)序圖 圖 310 I2C協(xié)議時(shí)序圖 如圖 310 所示 MPU6050 工作時(shí)的時(shí)序圖。 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 飛行器硬件電路設(shè)計(jì)中，電機(jī)驅(qū)動(dòng)部分也相當(dāng)重要。 四個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 PWM分別于 MCU的 PIO0_0、吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 19 PIO0_ PIO0_ PIO0_3引腳連接。 C 161 0 4121 N 4 1 4 8D 2Q 1MO SFE TR 122 2 0R 144 . 7 KPW M 0BA T +MG N DMM 1Mo to r 如 311 電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理圖 圖 312 SI2302特性曲線圖 對(duì)于 N溝道增強(qiáng)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。 串口調(diào)試電路設(shè)計(jì) 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，串口調(diào)試電路只用在遙控器當(dāng)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(jī)連接，方便程序調(diào)試。 ● 仿真標(biāo)準(zhǔn)串口，用于升級(jí)原串口外圍設(shè)備，或者通過 USB增加額外串口。 ● 硬件全雙工串口，內(nèi)置收發(fā)緩沖區(qū)，支持通訊波特率 50bps～ 2Mbps。 ● 通過外加電平轉(zhuǎn)換器件，提供 RS23 RS48 RS422等接口。 ● 軟件兼容 CH341，可以直接使用 CH341的驅(qū)動(dòng)程序。 ● 提供 SSOP20和 SOP16無鉛封裝，兼容 RoHS。設(shè)計(jì)電路連接中比較注意的 地方有以下兩點(diǎn)： （ 1） CH340 芯片正常工作時(shí)需要外部向 XI 引腳提供 12MHz 的時(shí)鐘信號(hào)。外圍電路只需要在 XI和 XO引腳之間連接一個(gè) 12MHz的晶體，并且分別為 XI和 XO引腳對(duì)地連接振蕩電容。當(dāng)使用 5V工作電壓時(shí)， CH340 芯片的 VCC 引腳輸入外部 5V 電源，并且 V3 引腳應(yīng)該外接容量為4700pF或者 。本次設(shè)計(jì)采用的是 ，所吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 21 以 V3 直接跟 VCC連接。本次設(shè)計(jì)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 。大格點(diǎn)的精度有利于器件的對(duì)齊和布局的美觀。 （ 2） 在保證電氣性能的前提下，元件應(yīng)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(gè)版面上應(yīng)分布均勻、疏密一致。 （ 4） 離電路板邊緣一般不小于 ，長(zhǎng)寬比為 3:2或 4:3。 2． 布局技巧 在 PCB的布局設(shè)計(jì)中要分析電路板的單元，依據(jù)起功能進(jìn)行布局設(shè)計(jì)，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局時(shí)，要符合以下原則： （ 1） 按照電路的流程安排各個(gè)功能電路單元的位置，使布局便于信號(hào)流通，并使信號(hào)盡可能保持一致的方向。元器件應(yīng)均吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 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。一般電路應(yīng)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(chǎn)。不恰當(dāng)?shù)姆胖盟麄兛赡墚a(chǎn)生電路兼容問題、信號(hào)完整性問題，從而導(dǎo)致 PCB設(shè)計(jì)的失敗?？煲踪徶赋?PCB尺寸過大時(shí)，印刷線條長(zhǎng)，阻抗增加，抗燥能力下降，成本也增加；過小時(shí)，散熱不好，且臨近線條容易受干擾。最后，根據(jù)功能單元，對(duì)電路的全部元器件進(jìn)行布局。易受干擾的元器件不能相互離的太近，輸入和輸出應(yīng)盡量遠(yuǎn)離。高電壓的元器件應(yīng)盡量放在手觸及不到的地方。那些又重又熱的元器件， 不應(yīng)放到電路板上，應(yīng)放到主機(jī)箱的底版上，且考慮散熱問題。 （ 4） 對(duì)與電位器、可調(diào)電感線圈、可變電容器、微動(dòng)開關(guān)等可調(diào)元器件的布局應(yīng)考慮整塊扳子的結(jié)構(gòu)要求，一些經(jīng)常用到的開關(guān)，在結(jié)構(gòu)允許的情況下，應(yīng)放置到手容易接觸到的地方。 一個(gè)產(chǎn)品的成功，一是要注重內(nèi)在質(zhì)量。 2． 放置順序 吉林建筑大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 23 （ 1） 放置與結(jié)構(gòu)有緊密配合的元器件，如電源插座、指示燈、開關(guān)、連接器等。 （ 3） 放置小的元器件。 （ 2） 元器件的布局是否均衡、排列整齊、是否已經(jīng)全部布完。如元器件、外框、需要私印的層面是否合理。如開關(guān)、插件板插入設(shè)備、須經(jīng)常更換的元器件等。 在設(shè)計(jì)過程中，遙控器外設(shè)計(jì)靈感來自游戲手柄，這樣設(shè)計(jì) 的 目的是把遙控器 能直接握在手里，同時(shí)非常有手感 。