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基于STC15的飞控设计（1）飞控电路设计

2023-05-16

前言

学校举办的无人机比赛，要求使用stc15系列芯片设计飞控，然后完成一台四轴的无人机进行穿越障碍的比赛，第一次设计飞控，如果有什么设计得不好的希望大家多多指教。这个博客算是制作流程的记录，整体其实是参考了一个别人的方案。

整体方案构思

飞控板得包括主控芯片和一系列传感器以及功能模块构成，其中传感器得根据需求来选择，有时候还需要拉出一些端口方便增加模块。以下为设计需求和其对应传感器或模块

  1. 遥控通信 模块：NRF24L01
  2. 无线调试 模块：匿名数传（之前买的匿名的产品留下的）
  3. 姿态解算 模块：JY61+AK8975（六轴陀螺仪+电子罗盘组成9轴）
  4. 定点定高 模块：正点原子光流模块（含光流和激光测距）
  5. 烧录代码 模块：CH340（板载）
  6. 声光提示 模块：两颗LED完事儿

这一套方案里除了能满足飞控的基本需求之外，如果将匿名数传的协议稍加移植应该也能使用匿名的上位机，如此一来调试起来就更加方便了，此外还将板载了CH340，不需要额外再用CH340模块烧录，直接插USB完事。

主控芯片

比赛的要求是stc15系列的，这个系列我是第一次接触，不过同样是8051的单片机，我学习过51单片机，这个学习起来应该问题不大，主要是了解如何使用它的外设。我选用的是STC15W4K16S4-30I-LQFP64，没做太仔细的调查，不过粗略一看这一款应该是性能比较好的，主频最高35M，64个引脚，工作电平2.5V~5.5V，四组串口，8路PWM，一路SPI等等，外设的功能应该是足够去调用我上面说到的模块和传感器的。

电路设计

烧录电路

烧录电路直接参考了由立创商城提供的本芯片的文档里面的例子，
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供电电路

供电电路也是参考了别人的方案选定的，因为接的电池是3S点锂电池，需要降压才能给单片机和模块供电，采用了TPS5430降压到5V再使用AMS1117降压到3.3V。
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姿态结算相关电路

JY61模块使用比较方便，直接使用串口就能读出姿态角的数据，直接引出一个串口的端口即可。AK8975就需要用SPI协议所以接到单片机的硬件SPI口去。
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定点定高相关电路

激光测距使用的是I2C，光流数据获取用的是SPI协议。I2C端口需要用IO口模拟操作，所以在选做I2C的IO口处需要上拉电阻。这个电阻的阻值的选配似乎是有一定讲究的，但是我这里没考虑太多直接10k。（希望到时候能用）
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通信模块电路

NRF24L01模块是2*4的8pin公头端口，所以这里直接引出一个母座的端口，相应引脚接上就好。最好记得检查原理图和封装的引脚。
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其他电路

还有一些比较简单的电路，用来调试的。
两个LED，方便调试。
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直接接到电源的LED，提示已经上电。
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引出的PWM输出
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布线

布线真是挺烦的，还要考虑线宽，电路板大小之类的，自动布线不太给力，所以手动布了，第一次布线布局什么的都有点乱。只求做出来能用。
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效果图

正面

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背面
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（老实说这个布线挺乱的，挺担心调试的时候会不会出问题）
实物图
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上电后经过初步的调试后没有问题，板子应该是能用的。

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