DSP實(shí)現(xiàn)無人飛行器控制系統(tǒng)

1 引 言

　　本系統(tǒng)選用的TMS320F2812(以下簡稱F2812)是TI公司開發(fā)的一款32 位DSP芯片， 采用高性能靜態(tài)CMOS 技術(shù)， 工作主頻可達(dá)150M ips。片內(nèi)集成了128K 字的FLASH 存儲(chǔ)器， 方便實(shí)現(xiàn)軟件升級(jí);還集成了豐富的外圍設(shè)備， 如: 采樣頻率高達(dá)12. 5M IPS的12位16路A /D轉(zhuǎn)換器， 兩個(gè)面向電機(jī)控制的事件管理器和多種標(biāo)準(zhǔn)串口通信外設(shè)。

　　在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出一種高精度、擴(kuò)展性強(qiáng)、小型化和低成本的新型飛行控制系統(tǒng)。

　　2 硬件系統(tǒng)方案要求和設(shè)計(jì)

　　基于DSP的飛控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)， 關(guān)鍵在于系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)。接口設(shè)計(jì)是一個(gè)重要環(huán)節(jié)， 將直接影響系統(tǒng)的性能。為了減輕系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)， 外部輸入信號(hào)用中斷方式讀入， 信號(hào)輸入輸出時(shí)要考慮抗干擾性。

　　充分考慮TMS320F2812 的片內(nèi)資源以及系統(tǒng)的接口要求， 僅需對(duì)DSP芯片進(jìn)行少量的外部接口擴(kuò)展， 即可滿足飛控系統(tǒng)所有功能和未來擴(kuò)展性的要求。同時(shí)由于系統(tǒng)的輸入邏輯量較多， 采用A ltera公司CPLD 芯片EPM7128， 完成數(shù)據(jù)處理和邏輯運(yùn)算功能， 以減少控制電路的體積， 增加系統(tǒng)的可靠性， 實(shí)現(xiàn)對(duì)控制系統(tǒng)各單元狀態(tài)的監(jiān)視和控制。

　　系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)如圖1所示。以下將從系統(tǒng)各模塊的實(shí)現(xiàn)加以說明。

　　圖1 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)圖

　　3 硬件實(shí)現(xiàn)

　　3. 1 模擬信號(hào)接收

　　模擬信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理模塊輸入， A /D 轉(zhuǎn)換選擇12位逐次逼近A /D轉(zhuǎn)換器AD1*， 其片內(nèi)含有三態(tài)輸出緩存電路和高精度參考電壓源與時(shí)鐘電路， 自帶采樣保持器。本設(shè)計(jì)采用的連接方式如圖2所示， 使AD I*工作在全控模式下。在AD1*的使用上采用程序啟動(dòng)、標(biāo)志查詢方式， 啟動(dòng)信號(hào)和轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)相配合， 使AD I*一旦轉(zhuǎn)換結(jié)束就處于數(shù)據(jù)輸出狀態(tài)， 同時(shí)產(chǎn)生AD 結(jié)束標(biāo)志， 提高多通道時(shí)的通過率。

　　圖2 A /D擴(kuò)展電路框圖

　　3. 2 串口通信

　　F2812處理器提供兩個(gè)串行通信接口( SC I) ， 支持16級(jí)接收和發(fā)送FIFO。但仍然滿足不了飛控系統(tǒng)與多外設(shè)的通訊要求。因此， 系統(tǒng)選用異步串行接口擴(kuò)展芯片SP2338， 方便地將DSP的SC I1擴(kuò)為3個(gè)全雙工、波特率最高可達(dá)9600b / s的異步串行通信接口， 作為主控制器和專用的通信設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸通道， 進(jìn)行控制系統(tǒng)和地面的通信傳輸， SC I2 作為GPS與CPU 的通信通道。SP2338使用簡單， 不需要底層軟件支持， 上電即可工作。

　　圖3 串口擴(kuò)展框圖

　　串口擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)如圖3， ADR I0、ADR I1是下行地址線， ADR I0， ADR I1= 00， 01， 10是分別對(duì)應(yīng)子串口0， ，l 2; ADRO0， ADRO1 是上行地址線， ADRO0，ADRO1- 00， 01， 10 是分別對(duì)應(yīng)子串口0， 1， 2。

　　F2812的I/O 口直接與SP2338 的地址線相連。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)， DSP通過改變I/O 口的狀態(tài)來改變下行地址， 選中特定的子串口; 接收數(shù)據(jù)時(shí)， DSP通過讀取I/O 口的狀態(tài)來判斷數(shù)據(jù)具體來自哪一個(gè)子串口， 從而對(duì)讀取到的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的處理。因此可以提高系統(tǒng)效率、減低軟件消耗。通過外加電平轉(zhuǎn)換芯片就可以實(shí)現(xiàn)RS232， RS422， RS485通訊。