基于DSP和FPGA的飞行器双核控制设计

摘要

四轴飞行器是一种四旋翼的飞行器，其四个螺旋桨都是通过无刷电机驱动产生上升力，X形的布局允许飞行器通过飞控系统改变无刷电机转速，起到了稳定飞行姿态的作用。近年来，无论是军事科技上还是民用航拍市场，甚至快递物流行业，四轴飞行器在这些行业中都有着不可忽视的应用，因此对飞行器的飞控系统提出了的更多样化功能要求。本课题根据当前军事和民用方面对四轴飞行器提出的功能要求以及常用飞控系统的特性，结合DSP与FPGA的优势，为满足目标识别功能，提出了基于DSP+FPGA的飞行器双核控制设计。
　　为了实现四轴飞行器的基本飞行控制以及扩展功能，首先提出了飞控系统的总体设计方案，本课题所设计的飞控系统分为地面站主控板和飞行器控制板两个部分。地面站主控板接收飞行器主控板传回的飞行器各项参数，并向飞飞控板发送上位机下达的控制命令;飞行器主控板用于采集传感器数据，以及控制电机转速，实现飞行器飞行控制。地面站和飞控板皆采用DSP+FPGA双核设计，在地面站上DSP用于控制2.4G数传接收发送飞行命令，FPGA控制USB接口与上位机通信;在飞控板上DSP除了控制2.4G数传外，还担负着后续图像处理的核心工作，而FPGA则作为飞行控制的主处理器，用于采集传感器数据进行飞行器姿态调整。接着详细介绍了地面站和飞控板硬件电路设计和软件设计，例如地面站上的USB2.0接口、2.4G无线收发模块、飞控板上的GY86模块以及视频解码模块等;软件部分主要包括DSP+FPGA通信和PWM波输出等，最后介绍了一种DSP与FPGA之间数据通信的方法。
　　本文最大的特点，在于合理分配FPGA和DSP片上资源，运用其自身优势条件，不仅能实现基本飞行控制，而且还可实现四轴飞行器可配置性，使其具备目标识别功能，有效提高了系统的嵌入性。

目录

声明

摘要

1．1 无人机概述

1．2 飞行器飞控系统概述

1．2．1 国外飞控系统发展现状

1．2．2 国内飞控系统发展现状

1．3 本文研究方案的提出

2．1 飞控系统基本构成

2．2 DSP和FPGA的承担的任务介绍

2．3 飞控系统处理器介绍

2．3．1 DSP处理器介绍

2．3．2 DSP芯片的选择

2．3．3 FPGA芯片介绍

2．3．4 FPGA处理器的选择

2．4 飞控传感器模块GY-86介绍

2．5 飞控系统硬件总体设计

2．6 本章小结

3．1 系统总体电源设计

3．2 FPGA最小系统硬件设计

3．2．1 复位与晶振电路设计

3．2．2 FPGA配置芯片及JTAG接口设计

3．2．3 外扩存储器SDRAM电路设计

3．3 PWM输入输出端口设计

3．4 GY-86飞行姿态传感器电路设计

3．5 USB2．0接口设计

3．5．1 USB系统简介

3．5．2 USB接口硬件设计

3．5．3 USB接口处理器CY7C68013A电路设计

3．5．4 USB2．0软件设计

3．6 TVP5151视频解码模块设计

3．7 本章小结

4 DSP系统设计

4．1 JTAG接口电路设计

4．2 外部存储器设计

4．3 RS232／RS485通信接口设计

4．4 电源电压AD转换模块设计

4．5 RF24L01数据传输模块接口设计

4．6 本章小结

5 DSP与FPGA的数据通信方法

5．1 设计思路

5．2 硬件设计

5．3 软件设计

5．3．1 FPGA读写RAM操作

5．3．2 DSP读写RAM操作

5．4 DSP与FPGA数据通信仿真

5．5 本章小结

6．1 论文总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果

致谢