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              无人机陀螺仪主控芯片STM32应用详解

              ? 2015年05月13日 11:34 ? 次阅读

                在无人机系统与地面站通信过程中,机载陀螺仪姿态数据的高速产生与外部相对低速的无线数据??榇涞拿苋找嫱怀?,严重制约着无人机的发展。针对这一问题,采用FPGAFIFO作为高速数据缓冲,提出一种基于FPGA内建FIFO的无人机陀螺仪前级通信接口。通过高速异步FIFO缓冲,将无人机陀螺仪姿态数据经由FPGA准确无误地发送给地面站,显著提高数据传输质量,实现了高速芯片与低速设备之间的通信。整个设计在实际应用中效果良好,数据稳定可靠,满足了低误码率与高稳定性的要求,以及无人机与地面站高速通信的需求,有着广阔的市场应用前景。

              无人机陀螺仪主控芯片STM32应用详解

                无人机系统对于地面站发送的控制信号以及飞行器传回的姿态数据有着极高的实时性、可靠性与稳定性要求,这对无人机通信系统设计提出了新的挑战。对于采用 ARM作为微处理器的无人机系统来说,系统往往需要协调基于ARM处理器的高速陀螺仪??橛胂喽缘退俚耐獠课尴呤荽淠?榧涞墓ぷ?。在通信高稳定性与低误码率的要求下,处理器不得不花时间运行空操作来等待外部相对低速的传输??橥瓿梢恢∈莸氖?发。由于等待所浪费的处理器运算周期无形中降低了整个飞控系统的实时性,进而带来许多潜在的不稳定因素。本设计结合无人机系统发展需求,采用FPGA FIFO作为高速数据缓冲,提出一种基于FPGA内建FIFO的无人机陀螺仪前级通信接口。通过高速异步FIFO缓冲,将无人机陀螺仪姿态数据经由 FPGA准确无误地发送给地面站,保证了传输质量,架起了高速芯片与低速设备之间沟通的桥梁。

                FPGA内建FIFO的基本工作原理

                FIFO即先进先出队列,采用环形存储电路结构,是一种传统的按序执行方法。先进入的指令先完成并引退,随后才执行第二条指令,是一种先进先出的数据缓存器。根据FIFO的读写时钟频率是否相同,可将FIFO分为同步FIFO与异步FIFO。FIFO的应用可以很好地协调不同时钟、不同数据宽度数据的通信,满足高/低速时钟频率要求。与普通存储器相比,FIFO没有外部读写地址线,使用方便。

                采用FPGA异步FIFO连接基于ARM处理器的高速无人机陀螺仪??橛胂喽缘退俚奈尴呤荽渫馍?。从硬件的观点来看,FIFO实质上就是一块数据内存。异步FIFO采用2个时钟信号控制其读写操作,分别为写时钟(wrclk)和读时钟(rdclk)。一个用来写数据,即将数据存入FIFO;另一个用来读数据,即将数据从FIFO中取出。与FIFO操作相关的有两个指针:写指针指向要写的内存部分;读指针指向要读的内存部分。FIFO控制器通过外部的读写信号控制这两个指针移动,并由此产生FIFO空信号或满信号。读写时钟相互独立设计,有效地保证了FIFO两端数据的异步通信。

                基于ARM的无人机陀螺仪接口结构

                由于机载燃油和电能储备的制约,无人机载设备要求小巧轻便,能效比高,因此对芯片的选型及电路结构提出了较高的要求。综合稳定性、数据精度、工作温度、封装体积以及能耗等各方面因素,对无人机陀螺仪传感器经行严格筛选,确定了所示的陀螺仪方案。无人机陀螺仪的主控芯片选用ARM 32 bit CortexTM M3内核的STM32F103T8处理器。其内建64 KB的闪存存储器和20 KB的运行内存,以及7通道的DMA、7个定时器、2个UART端口等。通过板载的8 MHz晶体和STM32内部的PLL,控制器可以运行在72 MHz的主频上,为姿态解算提供强大的硬件支持。

              无人机陀螺仪主控芯片STM32应用详解

                三轴加速度与三轴角速度传感器采用Invensense公司的MPU-6050单芯片方案,此芯片为全球首例整合性6轴运动处理组件,相比其他多芯片实现方案,免除了整合陀螺仪与加速度器轴间差的问题,大大减少了封装空间。三轴磁力计采用Honeywell公司的HMC5883L芯片,此芯片内部采用先进的高分辨率HMC188X系列磁阻传感器与行业领先的各向异性磁阻技术(AMR),具有轴向高灵敏度和线性高精度的特点,测量范围从毫高斯到8高斯,稳定可靠。气压传感器采用博世公司的BMP180芯片,该芯片性能卓越,绝对精度可以达到0.03 hpa,并且功耗极低。传感器采用强大的7 pin陶瓷无引线芯片承载(LCC)超薄封装,安装使用方便。各传感器与ARM处理器采用I2C总线连接,示意图如图3所示。

                FPGA FIFO与陀螺仪的连接

                结合无人机ARM陀螺仪的特点,为了适应过程的复杂性,实现操作的简便性,设计选用Altera公司的CycloneII系列芯片EP2C8Q208C8N,在QuartuesII平台上进行Verilog代码设计,使用Altera公司提供的FIFO IP核。此方案稳定高效,易于开发。

                陀螺仪与FIFO及FPGA的连接

                处理器采集各传感器信号,在ARM内部进行姿态解算,进而得到俯仰角、横滚角、航向角、气压、高度和温度信息。为了及时将解算得到的数据发送回地面站,处理器控制写请求信号wrreq和写时钟wrclk将这些数据高速写入FIFO,然后回到飞行控制程序,进行下一周期的姿态解算。FIFO在数据写满后,写满标志位wrfull会置高电平,ARM处理器通过检测写满标志位的状态来判断是否继续写入数据。与此同时,在FPGA中通过检测所读取FIFO是否为空标志位rdempty来判断是否继续读取数据。读空标志位为低电平代表FIFO中有数据,可以读取,则配合读请求信号rdreq和读时钟rdclk及时读取数据,直到将数据全部读出,标志位变为高电平,此时FIFO中已经没有数据?;贏RM的陀螺仪与FIFO及FPGA的连接如图4所示。

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              基于STM32F103的水动力测控系统设计的解决...

              测控系统是水动力实验中的重要测试设备。在实验中有压力、拉力、加速度等物理量通过传感器转换成电压值,需...

              发表于 2018-01-25 05:40 ? 298次阅读
              基于STM32F103的水动力测控系统设计的解决...

              介绍如何通过意法的STM32 MCU实现用DMA...

              在嵌入式产品中有时候需要实现对外部的模拟量进行采样处理和记录,而这就需要使用到ADC功能,将外部的模...

              发表于 2018-01-24 15:41 ? 1462次阅读
              介绍如何通过意法的STM32 MCU实现用DMA...

              高集成度编程工具软件STM32代码烧录编程实战

              如今ST推出了新的高集成度编程工具软件STM32CubeProgrammer,以后就不用这么麻烦了,...

              发表于 2018-01-23 09:22 ? 1977次阅读
              高集成度编程工具软件STM32代码烧录编程实战

              STM32F407总线存储框架及应用设计

              在使用过程中发现DMA1无法把GPIO的IDR数据传输到内存,调试过程中出现DMA1的数据流传输错误...

              发表于 2018-01-22 09:22 ? 2373次阅读
              STM32F407总线存储框架及应用设计

              使用STM32快速开发AliOS Things硬...

              AliOS Things 是 AliOS 家族旗下的、面向 IoT 领域的、轻量级物联网嵌入式操作系...

              发表于 2018-01-22 09:17 ? 2323次阅读
              使用STM32快速开发AliOS Things硬...

              STM32调试SP3485技术总结

              本文主要对STM32调试SP3485技术总结。使用的STM32芯片是STM32F103RB,使用的资...

              发表于 2018-01-17 15:56 ? 325次阅读
              STM32调试SP3485技术总结

              STM32的调试方式、更新程序、仿真以及补救措施

              STM32支持JTAG和SWD两种调试方式,且默认状态下这两种调试功能都是开启的。

              发表于 2018-01-17 14:55 ? 1173次阅读
              STM32的调试方式、更新程序、仿真以及补救措施

              用stm32控制4位数码管_stm32控制共阴数...

              本文主要介绍了stm32控制4位共阳数码管输出计数程序设计和stm32控制共阴数码管程序设计。首先我...

              发表于 2018-01-16 17:07 ? 731次阅读
              用stm32控制4位数码管_stm32控制共阴数...

              对STM32基本知识的详细剖析

              STM32是一种功能比较强大的32位单片机,广泛应用于各种嵌入式设备中,由于它的普及性及丰富的资源,...

              发表于 2018-01-16 14:29 ? 1199次阅读
              对STM32基本知识的详细剖析

              max7219驱动数码管程序(51单片机+STM...

              本文主要介绍了max7219驱动数码管:STM32硬件SPImax7219驱动8位数码管显示??槌绦?..

              发表于 2018-01-15 16:51 ? 534次阅读
              max7219驱动数码管程序(51单片机+STM...

              详细解析STM32中的堆栈机制

              这下明白了吧,STM32在启动的时候,RAM首先分配给使用到的全局变量,还有调用库占用的一些数据(不...

              发表于 2018-01-15 15:03 ? 1047次阅读
              详细解析STM32中的堆栈机制

              分享STM32定时器输出比较模式的理解

              初学STM32,我这个地方卡了很久,现在终于有些明白了,现在把我的理解写下与大家共享,如果有不对的地...

              发表于 2018-01-15 08:49 ? 1071次阅读
              分享STM32定时器输出比较模式的理解

              stm32看门狗复位技巧编辑

              本文主要介绍了stm32看门狗复位技巧,包括三个方面:判断是否需要使用、保证看门狗工作正常、保证看门...

              发表于 2018-01-14 15:51 ? 488次阅读
              stm32看门狗复位技巧编辑

              LED光源实现植物生长动态补光控制的几大要点

              在番茄的各个生长期,弱光环境都会对番茄的生长造成很大影响,所以需要对番茄的各个生长期进行补光,至于怎...

              发表于 2018-01-13 07:25 ? 1929次阅读
              LED光源实现植物生长动态补光控制的几大要点

              STM32+MS5611测气压温度例程详解

              MS5611气压传感器是集合SPI和I2C(高达20 MHz)总线接口的高分辨率气压传感器,分辨率可...

              发表于 2018-01-12 15:31 ? 524次阅读
              STM32+MS5611测气压温度例程详解

              STM32通过I2C与BMP280通信

              BMP280对温度和气压的测量是通过一堆补偿数据然后根据自己的算法算出来的,要注意这些数据是什么类型...

              发表于 2018-01-12 13:14 ? 858次阅读
              STM32通过I2C与BMP280通信

              基于stm32的GPIO寄存器学习解析

              GPIO即通用输入/输出 (General Purpose Input Output) 包括:...

              发表于 2018-01-11 09:03 ? 1274次阅读
              基于stm32的GPIO寄存器学习解析

              STM32中断优先级谁更高 主要根据两个方面来判...

              STM32(Cortex-M3)中有两个优先级的概念——抢占式优先级和响应优先级,有人把响应优先级称...

              发表于 2018-01-10 14:12 ? 674次阅读
              STM32中断优先级谁更高 主要根据两个方面来判...

              STM32 系列MCU 不同型号的移植步骤解析

              STM32 系列MCU 不同型号的移植!

              发表于 2018-01-10 10:45 ? 1743次阅读
              STM32 系列MCU 不同型号的移植步骤解析

              多合一烧写几种接口及编程模式

              如今ST推出了新的高集成度的编程工具软件STM32CubeProgrammer,以后就不用这么麻烦了...

              发表于 2018-01-10 09:23 ? 2805次阅读
              多合一烧写几种接口及编程模式

              基于STM平台中五大嵌入式操作系统

              基于STM平台且满足实时控制要求操作系统,有以下5种可供移植选择。分别为μClinux、μC/OS-...

              发表于 2018-01-10 09:17 ? 2771次阅读
              基于STM平台中五大嵌入式操作系统

              意法半导体推最新软体工具让烧录STM32程式更方...

              据报道,意法半导体推处理一款最新软体工具,可以支持多平台可配置环境让烧录STM32程式更方便,还可以...

              发表于 2018-01-08 13:20 ? 371次阅读
              意法半导体推最新软体工具让烧录STM32程式更方...

              NUCLEO-F767ZI开发板评测

              本文主要介绍了NUCLEO-F767ZI开发板评测,NUCLEO-F767ZI是意法半导体ST公司推...

              发表于 2018-01-05 17:16 ? 463次阅读
              NUCLEO-F767ZI开发板评测

              STM32单片机的串口波特率计算方法

              不管是什么单片机,在使用串口通信的时候,有一个非常重要的参数:波特率。什么是波特率:波特率就是每秒传...

              发表于 2018-01-05 09:59 ? 2615次阅读
              STM32单片机的串口波特率计算方法

              基于STM32自码DS18B20驱动程序

              根据DS18B20的通信协议,DS18B20只能作为从机,而单片机系统作为主机,单片机控制DS18B...

              发表于 2018-01-05 09:03 ? 609次阅读
              基于STM32自码DS18B20驱动程序

              做单片机设计,STM32 GPIO外部中断你必须...

              STM32 的每一个GPIO都能配置成一个外部中断触发源,这点也是 STM32 的强大之处。STM3...

              发表于 2018-01-05 07:01 ? 1901次阅读
              做单片机设计,STM32 GPIO外部中断你必须...

              详细图文剖析STM32单片机串口一键下载电路与操...

              在此介绍STM32单片机串口一键下载电路与操作方法详解。

              发表于 2017-12-31 23:07 ? 2041次阅读
              详细图文剖析STM32单片机串口一键下载电路与操...

              STM32 Nucleo-F746ZG开发板入门...

              STM32 Nucleo-F746ZG开发板是很好的入门开发板,和经典的Nucleo-64相比,Nu...

              发表于 2017-12-29 17:09 ? 291次阅读
              STM32 Nucleo-F746ZG开发板入门...

              基于STM32步进电机多细分控制的设计

              本文介绍了基于STM32F103和A3988的步进电机多细分控制系统,较传统的利用DA转换芯片的方案...

              发表于 2017-12-29 16:03 ? 623次阅读
              基于STM32步进电机多细分控制的设计

              基于STM32的人行通道智能控制与管理系统设计

              本文主要介绍了基于STM32的人行通道智能控制与管理系统设计,主要包括中央控制???、电机控制???、人...

              发表于 2017-12-28 14:40 ? 264次阅读
              基于STM32的人行通道智能控制与管理系统设计

              基于STM32的多路电压采集的设计与实现

              本文主要介绍了一种基于STM32的多路电压采集的设计与实现,主要包括STM32???,LCD???,SD...

              发表于 2017-12-28 14:19 ? 1265次阅读
              基于STM32的多路电压采集的设计与实现

              基于STM32微处理器的GPRS数据传输技术的研...

              本文介绍了一种基于STM32微处理器的GPRS数据传输技术的研究。对STM32微处理器串口的设置以及...

              发表于 2017-12-28 14:06 ? 487次阅读
              基于STM32微处理器的GPRS数据传输技术的研...

              基于STM32+FPGA的全彩LED显示屏系统的...

              本文主要介绍了一种基于STM32+FPGA的全彩LED显示屏系统的设计,STM32作为主控芯片,通过...

              发表于 2017-12-28 13:59 ? 783次阅读
              基于STM32+FPGA的全彩LED显示屏系统的...

              基于STM32的新型电力数据采集系统的设计与实现

              本文主要介绍了基于STM32的新型电力数据采集系统的设计与实现,本系统由模拟量与开关量采集???、通讯...

              发表于 2017-12-28 11:45 ? 528次阅读
              基于STM32的新型电力数据采集系统的设计与实现

              带有LED警示灯的骑行夜服设计

              本文主要介绍了一款带有LED警示灯的骑行夜服设计,能够在夜晚自主发光。以STM32单片机为主控制核心...

              发表于 2017-12-28 09:23 ? 517次阅读
              带有LED警示灯的骑行夜服设计

              一种基于STM32和GSM的网络防盗门的设计

              本文主要对一种基于STM32和GSM的网络防盗门的设计进行了分析,利用红外对射装置感知门的开关,出现...

              发表于 2017-12-27 16:56 ? 330次阅读
              一种基于STM32和GSM的网络防盗门的设计

              基于STM32的跑马灯实验的详细解析

              我们用C语言来再学习STM32,以加深理解,并且应用相关资料和官方固件标准库。因此,我们来编写一个跑...

              发表于 2017-12-27 16:31 ? 1488次阅读
              基于STM32的跑马灯实验的详细解析

              一种基于STM32的高精度程控电流源设计

              本文主要介绍了一种基于STM32的高精度程控电流源设计,由T频变压器、单相桥式整流滤波、一次稳压、线...

              发表于 2017-12-27 16:27 ? 616次阅读
              一种基于STM32的高精度程控电流源设计

              一种基于STM32的智能采油控制系统的设计与实现

              本文主要介绍了一种基于STM32的智能采油控制系统的设计与实现,采油控制系统主要是三部分构成:动液面...

              发表于 2017-12-27 15:55 ? 173次阅读
              一种基于STM32的智能采油控制系统的设计与实现

              基于STM32的重力感应无线智能??匦〕瞪杓?/a>

              本文主要介绍了基于STM32的重力感应无线智能??匦〕瞪杓?,小车以nRF24L01和L298N为基础...

              发表于 2017-12-27 14:03 ? 562次阅读
              基于STM32的重力感应无线智能??匦〕瞪杓? /></a>
                </div><div class=

              一种基于STM32和PPG技术的腕戴式心率计设计

              本文主要介绍了一种基于STM32和PPG技术的腕戴式心率计设计,系统包括电源系统???、PPG信号检测...

              发表于 2017-12-27 11:30 ? 450次阅读
              一种基于STM32和PPG技术的腕戴式心率计设计

              一款基于STM32的心电采集及分析处理系统的设计

              本文主要哦介绍了一款基于STM32的心电采集及分析处理系统,系统中采用STM32的内部采用的是ADC...

              发表于 2017-12-27 11:16 ? 406次阅读
              一款基于STM32的心电采集及分析处理系统的设计

              基于STM32芯片和TFT-LCD的便携式心电图...

              本文主要介绍了一种基于STM32芯片和TFT-LCD的便携式心电图仪设计,心电信号由电极获取,送入心...

              发表于 2017-12-27 11:05 ? 820次阅读
              基于STM32芯片和TFT-LCD的便携式心电图...

              基于STM32的红外光通信装置的设计

              本文主要介绍了基于STM32的红外光通信装置的设计,红外光通信装置包括语音发送???、中继转发节点???..

              发表于 2017-12-27 10:51 ? 329次阅读
              基于STM32的红外光通信装置的设计

              基于STM32和HC-SR501智能家居的智能照...

              本文主要介绍了基于STM32和HC-SR501智能家居的智能照明系统设计,系统主要由APDS-900...

              发表于 2017-12-27 10:15 ? 583次阅读
              基于STM32和HC-SR501智能家居的智能照...

              stm32最小系统原理及结构组成

              本文为大家带来stm32最小系统原理及结构组成的介绍。

              发表于 2017-12-27 09:38 ? 1102次阅读
              stm32最小系统原理及结构组成

              基于STM32的自动气象站控制??樯杓?/a>

              本文主要介绍了基于STM32的自动气象站控制??樯杓?,采用STM32F103VET6单片机驱动7寸触...

              发表于 2017-12-27 09:37 ? 276次阅读
              基于STM32的自动气象站控制??樯杓? /></a>
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              基于STM32数据传输转换接口器的设计与实现

              本文主要介绍了一种基于STM32数据传输转换接口器的设计与实现,系统由电源管理???,实时时钟???,大...

              发表于 2017-12-27 09:17 ? 413次阅读
              基于STM32数据传输转换接口器的设计与实现

              STM32的串口空闲中断及接受数据

              STM32的串口空闲中断就是检测到接收数据后,在数据总线上的一个字节时间内,没有接收到数据触发空闲中...

              发表于 2017-12-27 09:02 ? 891次阅读
              STM32的串口空闲中断及接受数据

              一种基于STM32的最小系统及串口通信的实现

              本文主要介绍了一种基于STM32的最小系统及串口通信的实现,包括3.3V电源、8MHz晶振时钟、复位...

              发表于 2017-12-27 08:58 ? 750次阅读
              一种基于STM32的最小系统及串口通信的实现

              基于STM32芯片的指纹识别系统设计与实现

              本文主要介绍了基于STM32芯片的指纹识别系统设计与实现,通过指纹传感器采集指纹数据,指纹算法处理指...

              发表于 2017-12-25 16:34 ? 1045次阅读
              基于STM32芯片的指纹识别系统设计与实现

              基于STM32的直流电机PID调速系统设计与实现

              本文主要介绍了一种基于STM32的直流电机PID调速系统设计与实现,该调速系统能够实现对电机的启动、...

              发表于 2017-12-25 15:20 ? 1798次阅读
              基于STM32的直流电机PID调速系统设计与实现

              一种基于STM32的温室远程监测和控制系统的设计

              本文主要介绍了一种基于STM32的温室远程监测和控制系统的设计,通过利用STM32单片机作为温室内的...

              发表于 2017-12-25 15:05 ? 561次阅读
              一种基于STM32的温室远程监测和控制系统的设计

              一种基于STM32单片机的视频??匦〕档纳杓?/a>

              本文主要介绍了一种基于STM32单片机的视频??匦〕档纳杓?,采用STM32单片机作为主制器,通过一款...

              发表于 2017-12-25 14:52 ? 765次阅读
              一种基于STM32单片机的视频??匦〕档纳杓? /></a>
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