pixhawk硬件构架

本文详细介绍了Pixhawk飞行控制器的硬件配置与连接线路。包括主处理器STM32F427VIT6的特性,各类传感器如MPU6000、L3GD20等的具体接口方式,并解析了辅助芯片的功能及其与主处理器之间的交互。

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1.Phxhawk连接线路


2.Phxhawk硬件芯片列表


  • 处理器
    • STM32F427 VIT6  (168 Mhz/256 KB RAM/2 MB 闪存 100Pin)
    • 32位 STM32F100C8T6 (48Pin)故障保护协处理器 ,平常用来控制输入信号采集(“Big – Little ”架构)
    • 晶振 24MHz 精度 15ppm 3325封装
  • 传感器
    • Invensense MPU6000 三轴加速度计/陀螺仪
    • ST Micro L3GD20  16位陀螺仪
    • ST Micro LSM303D  14位加速度计/磁力计
    • MEAS  MS5611气压计 
    •  
  • 处理
    • 双 加速度计  MPU6000 1KHZ  LSM303D  800HZ (消除1KHZ 共振)
    • 双 陀螺仪  取平均
    • 双 罗盘 一个内置一个外置 ,备用
    • 双 GPS 基于锁定状态和星数选择切换(或更复杂的切换机制、并可对比测试性能)
  • 其它
    • FM25V01  128K 非易失闪存
    • TXS0108 通用电平驱动芯片(Usart 、舵机输出),隔离/增强驱动,无TTL转232功能
    • LTC4417 电源管理芯片
    • MIC5332 双输出超低压降 LDO
    • BQ24315 电池管理芯片
    • TCA62724 三色LED灯专用芯片
    • LT3469 信号采集运放
    • 可外接 MS4522D 数字差压空速计 (6.6V ADC 输入)
3.Pixhawk传感器列表

空速计---IIC接口

电源管理SMbus---IIC

航灯接口---IIC

BMA180角速度传感器----SPI

地磁HMC5883---IIC/SPI

L3GD20陀螺仪----SPI

LSM303D角速度/地磁-----SPI

超声波MB12xx----IIC

MD25---IIC

MPU6000----SPI

MS5611气压计----SPI

板载灯控制器TCA62724FMG-----IIC

PC8574(IIC转并)     ----IIC

PCA9685(IIC/PWM)-----IIC

光流模块----IIC

4.pixhawk硬件构架


5.pixhawk硬件连接关系

(1)对照原理图查看所有传感器及接口方式,在F4上的接口

(2)研究下F4F1的沟通连接方式,以及F1的主要任务;

(3)基于以上两点,结合框架文档丰富对硬件架构的认识;

规定以下没有括号()的表示网络标号,有括号()的表示具体引脚

stm32f427

Invensense MPU6000 三轴加速度计/陀螺仪

PC2(stm32f427)---MPU_CS---CS(MPU6000)
PA6(stm32f427)---SPI_INT_MISO---AD0/SDO(MPU6000)

PD15(stm32f427)---MPU_DRDY---INT(MPU6000)

PA7(stm32f427)---SPI_INT_MOSI---SDA/SDI(MPU6000)

PA5(stm32f427)---SPI_INT_SCK---SCL/SCLK(MPU6000)

电源VDD_3V3_SENSORS

ST Micro L3GD20  16位陀螺仪

PC13(stm32f427)---GYRO_CS---CS(L3GD20)

PA6(stm32f427)---SPI_INT_MISO---SDO/SA0(L3GD20)

PB0(stm32f427)---GYRO_DRDY---INT(L3GD20)

PA7(stm32f427)---SPI_INT_MOSI---SDA/SDI/SDO(L3GD20)

PA5(stm32f427)---SPI_INT_SCK---SCL/SPC(L3GD20)

电源VDD_3V3_SENSORS

ST Micro LSM303D  14位加速度计/磁力计

PC15(stm32f427)---ACCEL_MAG_CS---CS(LSM303D)

PA6(stm32f427)---SPI_INT_MISO---SDO/SA0(LSM303D)

PB4(stm32f427)---ACCEL_DRDY---INT1(LSM303D)

PA7(stm32f427)---SPI_INT_MOSI---SDA/SDI/SDO(LSM303D)

PA5(stm32f427)---SPI_INT_SCK---SCL/SPC(LSM303D)

PB1(stm32f427)---MAG_DRDY---INT2(LSM303D)

电源VDD_3V3_SENSORS

MEAS  MS5611气压计 

PD7(stm32f427)---BARO_CS---CS(MS5611)

PA6(stm32f427)---SPI_INT_MISO---SDO (MS5611)

PA7(stm32f427)---SPI_INT_MOSI---SDI/SDA (MS5611)

PA5(stm32f427)---SPI_INT_SCK---SCLK(MS5611)

电源VDD_3V3_SENSORS

存储器

PB13(stm32f427)---FRAM_SCK---C(FM25V01)

PB14(stm32f427)---FRAM_MISO---Q(FM25V01)

PB13(stm32f427)---FRAM_MOSI---D(FM25V01)

PD10(stm32f427)---FRAM_CS---S(FM25V01)

电源FMU-VDD_3V3

高亮LED

PB8(stm32f427)---FMU-I2C1_SCL

PB9(stm32f427)---FMU-I2C1_SDA

PB10(stm32f427)---FMU-I2C2_SCL

PB11(stm32f427)---FMU-I2C1_SDA

USB

PA9(stm32f427)---VBUS      电源
PA11(stm32f427)---OTG_FS_DM

PA12(stm32f427)---OTG_FS_DP

PC0(stm32f427)--- VBUS_VALID   USB电源有效标志

TF

PC8(stm32f427)---SDIO_D0

PC9(stm32f427)---SDIO_D1

PC10(stm32f427)---SDIO_D2

PC11(stm32f427)---SDIO_D3

PC12(stm32f427)---SDIO_CK

TEL2_OSD

PD8(stm32f427)---FMU-USART3_TX

PD9(stm32f427)---FMU-USART3_RX

PD11(stm32f427)---FMU-USART3_CTS

PD12(stm32f427)---FMU-USART3_RTS

TEL1_数传

PD3(stm32f427)---FMU-USART3_ CTS

PD4(stm32f427)---FMU-USART3_ RTS

PD5(stm32f427)---FMU-USART3_TX

PD6(stm32f427)---FMU-USART3_RX

面板GPS

PA0(stm32f427)---FMU-UART4_TX

PA1(stm32f427)---FMU-UART4_RX

面板CAN

PD0 (stm32f427)---CAN1_RX

PD1 (stm32f427)---CAN1_TX

6路辅助PWM

PE14(stm32f427)---FMU-CH1

PE13(stm32f427)---FMU-CH2

PE11(stm32f427)---FMU-CH3

PE9 (stm32f427)---FMU-CH4

PD13(stm32f427)---FMU-CH5

PD14(stm32f427)---FMU-CH6

LED

PE12(stm32f427)---FMU-LED_AMBER

stm32f427stm32f100连接

PC6(stm32f427)---SERIAL_FMU_TO_IO---PA3(stm32f100)

PC7(stm32f427)---SERIAL_IO_TO_FMU---PA2(stm32f100)

stm32f100

8路主PWM

PA0(stm32f100)---IO-CH1

PA1(stm32f100)---IO-CH2

PB8(stm32f100)---IO-CH3

PB9(stm32f100)---IO-CH4

PA6(stm32f100)---IO-CH5

PA7(stm32f100)---IO-CH6

PB0(stm32f100)---IO-CH7

PB1(stm32f100)---IO-CH8

安全开关

PB5(stm32f100)---SAFTY

LED

PB13(stm32f100)---IO-LED_SAFTY

PB14(stm32f100)---IO-LED_BLUE

PB15(stm32f100)---IO-LED_AMBER

PPM接收

PA8(stm32f100)---PPM_INPUT

S.BUS

PB4(stm32f100)---SBUS_OUTPUT_EN

PB10(stm32f100)---SBUS_OUTPUT

PB11(stm32f100)---SBUS_INPUT

JTAG

电源IO-VDD_3V3

PA13(stm32f100)---IO-SWDIO

PA14(stm32f100)---IO-SWCLK

PB3(stm32f100)---IO-SWO

卫星接收机

PA10(stm32f100)---IO-USART1_RX

PB15(stm32f100)---IO-LED_AMBER

PA10(stm32f100)--- VDD_3V3_SPEKTRUM   电源

<think>好的,用户想了解对讲机的硬件工作原理及架构设计。首先,我需要回忆对讲机的基本构成。对讲机属于通信类产品,根据引用[1],它属于通信类产品中的一种,比如传统手机、无线电话等。接下来,硬件架构可能包括基带芯片、射频模块、天线等部分。根据引用[2],基带芯片负责信号处理,调制解调,编码解码,这对对讲机来说应该也是核心组件。DSP模块提升性能,这可能也是关键点。 然后,对讲机的工作原理可能涉及模拟信号和数字信号的转换,射频发射接收,调制解调过程。需要分模块解释,比如射频前端处理高频信号,基带处理低频信号。可能需要提到混频器、功率放大器、滤波器等组件。 架构设计方面,可能分为硬件层和协议层。硬件层包括天线、射频模块、基带处理器、电源管理等。协议层可能涉及通信协议,比如模拟的FM调制或者数字协议如DMR。引用[3]提到SPI、I2C等通信协议,但对讲机可能使用不同的无线协议,比如传统的模拟FM或者数字TDMA等。 还需要考虑对讲机的通信模式,比如半双工,同一时间只能发送或接收。硬件设计上需要切换电路,可能涉及收发切换开关。电源管理也很重要,因为对讲机通常需要长时间待机,低功耗设计是关键。 可能涉及的关键技术包括VCO(压控振荡器)生成载波频率,功率放大器的效率,天线的阻抗匹配,噪声抑制等。基带芯片中的编解码器,比如语音压缩编码,纠错编码等,确保语音清晰传输。 用户的问题可能还想知道具体模块如何协同工作,比如从用户说话到信号发射的流程:麦克风采集声音,经过ADC转换成数字信号,基带处理(编码、调制),射频上变频,功率放大,通过天线发射。接收端则是相反过程。 架构设计部分需要分块描述,比如射频前端、基带处理、控制单元、人机接口(按键、屏幕)、电源模块。基带处理可能包括DSP处理,引用[2]提到DSP模块在基带芯片中的作用,这里可以引用说明。 最后,可能需要提到设计中的挑战,比如抗干扰、省电、小型化等,以及如何通过硬件设计解决这些问题。例如,使用高效的PA(功率放大器)降低能耗,滤波器减少干扰,优化天线设计提高传输效率。 总结起来,回答的结构应该是先概述对讲机的分类和基本组成,再分模块详细讲解工作原理,接着描述硬件架构设计,最后可能涉及设计中的关键技术或挑战。需要确保使用正确的中文术语,并适当引用提供的资料来支持解释。</think>### 对讲机硬件工作原理及架构设计 #### 一、硬件工作原理 对讲机属于**无线通信设备**,其核心功能是实现语音信号的无线收发。硬件工作原理可分为以下关键步骤: 1. **语音信号采集与处理** - 麦克风将声波转换为模拟电信号,经**模数转换(ADC)**变为数字信号 - 基带芯片进行语音压缩编码(如AMBE、CELP)和信道编码(添加纠错码)[^2] 2. **调制与射频处理** - 基带信号通过**调制器**(常用FM调制)加载到载波频率 - 射频前端使用**压控振荡器(VCO)**生成高频载波,经混频器上变频至目标频段(如UHF 400-470MHz) - 功率放大器(PA)提升信号强度至0.5-5W范围 3. **信号发射与接收** - 天线通过**收发切换电路**实现半双工通信 - 接收时,信号经低噪声放大器(LNA)、滤波器、下变频和解调后恢复基带信号 4. **语音重建** - 数模转换(DAC)将数字信号还原为模拟音频 - 音频放大器驱动扬声器输出声音 $$ f_{carrier} = f_{base} \times N + \Delta f_{mod} \quad (\text{频率合成公式}) $$ --- #### 二、硬件架构设计 对讲机硬件采用**模块化分层架构**,主要包含以下模块: | 模块 | 组成 | 功能 | |------|------|------| | **射频前端** | 天线、PA/LNA、滤波器、VCO | 高频信号处理与功率控制 | | **基带处理** | DSP核、编解码器、调制解调器 | 信号编解码与协议处理[^2] | | **控制单元** | MCU、存储器、接口电路 | 系统控制与人机交互 | | **电源管理** | DC-DC转换器、电池管理IC | 功耗优化与供电稳定 | **关键设计要点**: 1. **抗干扰设计** - 采用SAW滤波器抑制带外干扰 - 接收链路使用超外差结构提升灵敏度 2. **低功耗架构** - 动态调整PA功率等级(如CTCSS静噪时降低输出) - 休眠模式下MCU时钟频率降至32kHz 3. **紧凑型布局** - 射频与基带电路分区隔离,避免串扰 - 多层PCB板实现阻抗匹配与电磁屏蔽 --- #### 三、典型硬件框图 ``` +-------------------+ +-----------------+ 麦克风 ->| ADC -> 语音编码 | | DSP基带处理 |--> 调制器 --> 射频前端 --> 天线 | | <->| (含FEC/交织) | ↑↓ 扬声器 <-| DAC <- 语音解码 | | |<-- 解调器 <-- 射频前端 <-- +-------------------+ +-----------------+ ↑ ↑ | | 用户接口按键 MCU控制器 ↓ ↓ LCD显示屏 电源管理模块 ``` ---
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