基于DSP的无人飞行器飞行控制系统设计

　　1 引 言

　　随着科技的发展以及军事战略思想的转变， 无人飞行器在军事、民用领域具有广泛的应用前景和极其重要的现实意义。各国正在研制和开发各种性能独特的无人飞行器， 改造的核心就是飞行控制系统。DSP以其丰富的指令系统、高速高精度的运算能力及丰富的片内外设资源等优势， 为飞控系统的发展提供了一个很好的平台。

　　本系统选用的TMS320F2812(以下简称F2812)是TI公司开发的一款32 位DSP芯片， 采用高性能静态CMOS 技术， 工作主频可达150M ips。片内集成了128K 字的FLASH 存储器， 方便实现软件升级;还集成了丰富的外围设备， 如: 采样频率高达12. 5M IPS的12位16路A /D转换器， 两个面向电机控制的事件管理器和多种标准串口通信外设。在此基础上设计出一种高精度、扩展性强、小型化和低成本的新型飞行控制系统。

　　2 硬件系统方案要求和设计

　　基于DSP的飞控系统硬件设计， 关键在于系统的整体方案设计。接口设计是一个重要环节， 将直接影响系统的性能。为了减轻系统的负担， 外部输入信号用中断方式读入， 信号输入输出时要考虑抗干扰性。

　　充分考虑TMS320F2812 的片内资源以及系统的接口要求， 仅需对DSP芯片进行少量的外部接口扩展， 即可满足飞控系统所有功能和未来扩展性的要求。同时由于系统的输入逻辑量较多， 采用A ltera公司CPLD 芯片EPM7128， 完成数据处理和逻辑运算功能， 以减少控制电路的体积， 增加系统的可靠性， 实现对控制系统各单元状态的监视和控制。系统整体方案设计如图1所示。以下将从系统各模块的实现加以说明。

图1 系统硬件总体设计结构图

　　3 硬件实现

　　3. 1 模拟信号接收

　　模拟信号经过信号调理模块输入， A /D 转换选择12位逐次逼近A /D转换器AD1*， 其片内含有三态输出缓存电路和高精度参考电压源与时钟电路， 自带采样保持器。本设计采用的连接方式如图2所示， 使AD I*工作在全控模式下。在AD1*的使用上采用程序启动、标志查询方式， 启动信号和转换结束信号相配合， 使AD I*一旦转换结束就处于数据输出状态， 同时产生AD 结束标志， 提高多通道时的通过率。

图2 A /D扩展电路框图。

　　3. 2 串口通信

　　F2812处理器提供两个串行通信接口( SC I) ， 支持16级接收和发送FIFO。但仍然满足不了飞控系统与多外设的通讯要求。因此， 系统选用异步串行接口扩展芯片SP2338， 方便地将DSP的SC I1扩为3个全双工、波特率最高可达9600b / s的异步串行通信接口， 作为主控制器和专用的通信设备数据传输通道， 进行控制系统和地面的通信传输， SC I2 作为GPS与CPU 的通信通道。SP2338使用简单， 不需要底层软件支持， 上电即可工作。