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3.2.2 飞行器总体电路设计
电源03. PWR_CAT6219-330TD-GT3.SchDocJ521电池接口DP3V3BAT+BAT-DP3V3AP3V3BAT+BAT-AP3V3DGNDAGNDDGNDAGND最小系统BAT+DP3V3AP3V3DGND01. MPU_LPC1549.SchDoc电机驱动04. PWM_SI2302.SchDocBAT+DP3V3AP3V3PWM[0..3]PWM[0..3]BAT+BAT-BAT+MGNDPWM[0..3]DGNDAGNDAGNDJ621串口接口J754321DP3V3TXDRXDTXDRXD传感器DP3V3DGND05. SENSOR_MPU6050.SchDocDP3V3DGNDSWD_CLKSWD_IOSWD_CLKSWD_IOINTI2C_SCLI2C_SDAINTI2C_SCLI2C_SDAJLINK下载DGNDLED灯复位与时钟06. LED_RBG.SchDoc02. RST_CLK_CAT811.SchDocSYS_RSTSYS_RSTRSTXTAL_INXTAL_OUTDP3V3DGNDDP3V3DP3V3DP3V3DGNDRSTXTAL_INXTAL_OUTLED[0..3]LED[0..3]DGNDLED[0..3]DGND
图3-2飞行器硬件电路总图
飞行器硬件电路图如图3-2所示，由图可知，飞行器硬件电路主要包括电源电路、MCU最小系统电路、电机驱动电路、MPU6050外设电路以及LED指示灯电路。
3.3 各部分电路设计
在硬件电路设计中，对以下几个主要的模块如电源电路、MCU最小系统电路、无线通信电路、MPU6050电路、串口调试电路、电机驱动电路等进行更加详细的介绍。
3.3.1 电源电路设计
电源是任何电子系统设计的核心，并且需要的是稳定的电源，电源的是否稳定影响着系统的稳定，因此，电源部分也是重点设计的部分。在本次设计中，由于包括遥控器和飞行器两大部分并且都需要单独供电，都有电源部分电路，在这
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里重点介绍飞行器的电源电路设计。
飞行器电源设计使用3.7V充电锂电池作为电源，给系统供电，但是系统需要两种电源，一是MCU和外设需要稳定的3.3V电源，再者就是飞行器电机的3.7V供电。本次设计所选用的空心杯直流有刷电机在工作的时候，对电压的影响非常大，所以要在保证能给电机供电的情况下还能有3.3V的稳定电压，因此本次设计采用CAT6219作为3.3V稳压芯片，采用CAT6219稳压芯片是因为它具有以下几个优点：
? 很低的电压差，能确保3.7V电压能稳定到3.3V； ? 低噪声低功耗设计； ? 电路极为简单； ? 精度高纹波小； ? 低成本低噪声。
电源电路设计如图3-3所示，其中330mH电感L1在回路电路中起着消除系统运行产生的磁通量，保证电源的稳定；C6和C9两个100uF的大电容分别放在稳压芯片的输入和输出两端起着滤波的作用，能更加的稳定电源。在本设计过程中，还把电源分为模拟和数字两部分，分别通过磁珠来进行隔离，周围的小电容同时也起着滤波的作用。
S1BAT+23L1330mHU413VINENGND1SW-SPDTCAT6219-330TD-GT3VOUT5BYP4DP3V31D11N4148R111kΩ2C9100μF+C10104R104.7kΩ2C11104+C6100μFC70.1μFC8104BAT-DGNDDP3V3FB1磁珠C15103AP3V3AP3V3C12103C13104C14104C16104FB2磁珠DGNDAGNDAGND
图3-3 电源电路原理图
在遥控器电源设计中，输入电压可以是3.7V或者5V电电源，用到了两个稳
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压芯片，一个是3.3V稳压芯片CAT6219，3.3V电源给MCU和外设供电；另外用到2.5V稳压片ASM1117，2.5V电源作用是给ADC摇杆电位器提供电源，作为参考电压，采用超低电压的原因是保证采集到的ADC电压值不受电池电量的影响而使得数据不准确。
3.3.2 主控单元电路设计
MCU是系统的核心，从成本和性能以及掌握32位ARM芯片的熟练情况等各方面综合考虑，本设计遥控器和飞行器均采用NXP LPC1549作为主控芯片，NXP LPC1549是恩智浦公司推出的低功耗、高集成、高性价比的MCU芯片。NXP LPC1549基于32位ARM Cortex-M3内核，主频高达72MHz；具有独立的指令总线和数据总线的哈佛架构，并拥有供外设使用的第三独立总线；内置嵌套向量中断控制器(NVIC)和存储器保护单元(MPU)；配备256kB flash、32kB ROM、4kB EEPROM和36kB SRAM；支持FS USB、CAN、RTC、SPI、USART、I2C等外设。程序调试跟下载通过JLINK仿真器SWD模式来进行。NXP LPC1549具有4路定时器PWM，刚好驱动飞行器的四个电机。因此，NXP LPC1549是本系统设计的理想选择。MCU最小系统电路原理图如图3-4 所示。
NXP LPC1549处理器一共有48个引脚，包括电源引脚有12个，外部晶振引脚2个，外部RTC时钟引脚2个，USB引脚2个，30个I/O口引脚。 其中30个I/O口引脚中，PIO0_21复用外接复位芯片引脚；PIO0_19、PIO0_20两个引脚 复用JLINK仿真调试SWD模式下载的SWCLK和SWDIO引脚；PIO0_0~ PIO0_3为SCT定时器产生PWM引脚，同时也复用ADC0通道引脚。PIO0_22、PIO0_23两个引脚分别的硬件I2C的时钟SCL引脚和数据线SDA引脚。
NXP LPC1549引脚还有一种开关矩阵功能，为了使硬件电路设计方便，特有的功能。比如串口的RXD和TXD引脚可以通过软件寄存器配置随意更换引脚而不是固定不变的；硬件SPI引脚也可以通过开关矩阵来配置，这大大减轻了硬件电路设计的难度和开发时间。
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DP3V3AP3V33010VBATVREFPU1PWM0PWM1PWM2PWM3LED0LED1LED2LED3CECSNSCKMOSIMISOINRSCLSDA1234567815181921222324133738PIO0_0/ADC0_10/SCT0_OUT3PIO0_1/ADC0_7/SCT0_OUT4PIO0_2/ADC0_6/SCT1_OUT3PIO0_3/ADC0_5/SCT1_OUT4SWDIO/ PIO0_20/SCT1_OUT6/TMSPIO0_4/ADC0_4SWCLK/PIO0_19/TCKPIO0_5/ADC0_3PIO0_6/ADC0_2/SCT2_OUT3PIO0_17/WAKEUP/TRSTPIO0_9/ADC1_1/TDIPIO0_7/ADC0_1PIO0_8/ADC0_0/TDOPIO0_10/ADC1_2PIO0_11/ADC1_3PIO0_12/DAC_OUTUSB_DMPIO0_13/ADC1_6USB_DPPIO0_14/ADC1_7/SCT1_OUT5PIO0_15/ADC1_8RESETn/PIO0_21PIO0_16/ADC1_9PIO0_18/SCT0_OUT5PIO0_22/I2C0_SCLPIO0_23/I2C0_SDAPIO0_24/SCT0_OUT6PIO0_25/ACMP0_I4PIO0_26/ACMP0_I3/SCT3_OUT3PIO0_27/ACMP_I1PIO0_28/ACMP1_I3PIO0_29/ACMP2_I3/SCT2_OUT4VDDCMPVDDAVDDVDDVDD1416423927332928129363534SWD_IOSWD_CLKVCCGND12U3GNDVCC43R710kΩC5103R810kΩSYS_RESnRESTnMR32RTCXOUT31RTCXINXTALIN26R9100kΩCAT811STBIDGNDINTVSSVSSVSSVREFNVSSATXDRXD434445464748C31XTALOUT25X112M322pFDGND2040411117LPC1549JBD482C422pFDGNDAGND
图3-4 MCU最小系统电路原理图
3.3.3 无线通信模块电路设计
本次设计无线通信模块采用的是NRF24L01模块。NRF24L01具有以下特性： ●真正的GFSK单收发芯片 ● 内置链路层
● 增强型ShockBurstTM ● 自动应答及自动重发功能 ● 地址及CRC检验功能 ● 数据传输率1或2Mbps ● SPI接口数据速率0~8Mbps ● 125个可选工作频道
● 很短的频道切换时间可用于跳频 ● 与nRF 24XX系列完全兼容
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● 可接受5V电平的输入 ● 20脚QFN 44mm封装 ● 极低的晶振要求60ppm ● 低成本电感和双面PCB板 ● 工作电压1.9~3.6V
NRF24L01无线通信模块的通信距离在不接天线时能达到30M左右，跟MCU之间采用1MHz的SPI通信协议进行传输，模块与模块之间采用2.4G无线网络频段通信，其电路原理图如图3-5所示。无线NRF24L01模块与MCU之间连接口如表3-1所示。
GNDC1100pFVCCR122KC210nFC31nFGNDGNDANTENNA20191817U112345GNDVCC_3.3VCECSNSCKMOSIMISOIRQVCCVSSDVDDVDDVSSIRFF16IRQVDDVSSXC2XC1CECSNSCKMOSIMISOVDDVSSANT2ANT1VDD_PA1514131211GNDL110uHL210uHL3C41.5pFC51.0pF67891010uHVCCGNDY1GNDC74.7pF1216MR21MC922pFC62.2pFGNDC822pFGND图3-5 NRF24L01 无线通信模块电路图
2.4G 无线网络频段属于 ISM 频段，它是全球范围内被广泛使用的超低辐射绿色环保频段；具有 125 个通讯信道，因为 2.4G 无线网络通讯更通畅，多个通讯指令间不会相互干扰；2.4G 无线网格带宽传速率最高可以达到 108Mbps，因此它的传输速度很快；它的传输距离相对较远（空旷地带：200m 有效传输距离），且不受传输方的影响，支持双向通讯。
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