PXI Hawk 飞控飞控笔记笔记 第六章：看看 PXI Hawk 的无奈设计 ——sw 笨笨 编写 1. 介绍介绍 PX4 出了新版，叫做 PIXHawk，目前硬件版本 2.3官方说法是“All in one” ， 我觉得这是一次彻彻底底的设计回归，从个性回归实用！但是看了他的硬件，我 只能说满眼的无奈，全新的器件，过度电源设计，没有 MPU6000……一切的一 切距离简单实用的设想偏离越来越远，追求高端才是他们的梦想啊，很多设计连 商业自驾都望尘莫及！ 下面我们就从 2.3 版硬件入手，看看他都选用了那些器件，做了什么改变 那些是我们应该学习， 那些似乎可以抛弃 当然， 在此之前要先浏览一下 PIXHawk 的新特征 2. 新的特点新的特点 1） 特性 核心 MCU 性能：168 MHz / 252 MIPS Cortex-M4F； 输出能力： 14 PWM / 舵机输出 （其中 8 个带有失效保护功能， 可人工设定 6 个可用于输入，全部支持高压舵机） ； 大量外设接口（UART，I2C，CAN） ； 在飞翼模式中， 可以使用飞行中备份系统， 可设置 可存储飞行状态等数据； 多余度供电系统，可实现不间断供电； 外置安全开关； 全色 LED 智能指示灯； 大音量智能声音指示器； 集成 microSD 卡控制器，可以进行高速数据记录。
2） MCU 32bit，STM32F427，Cortex M4 核心，带有浮点运算器； 168 MHz； 256 KB RAM； 2 MB Flash； 32 bit，STM32F103 失效保护控制器 3） 传感器 ST 公司小型 L3GD20H 16 bit 陀螺芯片； ST 公司小型 LSM303D 14 bit 加速度/磁场芯片； MEAS 公司 MS5611 气压芯片 4） 通信 5x UART（串口） ，1 个带有高驱动能力，2 个带有流控制功能； 2x CAN ，1 个带有内置 3.3V 转换器，另一个需要外置转换器； 支持 Spektrum DSM / DSM2 / DSM-X® 输入； 支持 Futaba S.BUS®输入； 支持 PPM 信号输入； 支持 RSSI （PWM 信号）输入； I2C； SPI； 3.3 and 6.6V ADC 电压信号输入； 内置 microUSB 接口，并可扩展外部 microUSB 接口 5） 电源 电源失效后自动二极管控制（不间断供电——译者注） ； 支持最大 10V 舵机电源和最大 10A 功耗； 所有外设输出带有功率保护； 所有输入带有静电保护。
6） 扩展 数字空速传感器， PIXHawk 支持 MS4525DO 数字差压传感器作为空速传感器 这是一种贴片内置 14 位精度压差采集和 11 位精度温度采集的气压传感器芯 片使用 1PSI 量程，内部采样精度为 24bit，分辨率 0.84Pa （这是市场出现 的第一种数字空速传感器，我足足等了 5 年！——译者注） 外部 USB 扩展接口（可安装在设备外壳） 外置全色彩 LED I2C 分线器 3. 无奈的无奈的 PCB 下面来看看他的 PCB有人说看起来没什么特别啊，怎么会无奈呢？ 六层板，没有地线层和电源层的六层板！难道还不让人感到无奈么？作者使 用六层板的唯一目的就是降低布线难度，减少交叉我只能说也许他们那边六层 板便宜到不用考虑 板子左侧是总输出接口，双面贴器件，正面布满通信接插件这是 PX4 集成下 来的优点四个固定孔在中间，这实在不符合振动的需求两个 MCU 在同一面 45°倾斜放置，有这个必要么？搞得其他器件乱七八糟，每一个是对齐的走线 过程中各种倾斜，各种元器件穿越，无数过孔……这种布线水平在国内实在算不 上是高手 4. 繁复的功能设计繁复的功能设计 洋洋洒洒 12 张原理图！下面我们从原理图入手，简单看看他到底都用了哪 些器件。
第 1 张原理图 第一张原理图主要内容是主控 MCU 的管脚链表整理，没什么好讲的 还有两组器件，一个是 24M 晶振，标出精度是 15ppm，封装 3225国内很 多人说晶振 8M 最佳，不要选高了，但是 PX4 和 PIXHawk 一直用的 24M，而且贴 片 3225 封装的 8M 都很难买到，我不得不吐槽一下这些所谓的高手，你们几分 钱的插脚晶振用多了吧！ 另一组器件是 FM25V01，128K 非易失存储器这种存储器既有 EEPROM 的 速度，又像 Flash 一样掉电不会丢失数据，一般用来做备份数据存储，一旦飞控 空中故障重启，可以延续前面的状态和计算结果 第 2 张原理图 第二张原理图主要是对两个串口进行接口扩展使用了 TXS0108 通用电平驱 动芯片，这与我们常见的各种 3232 芯片不同，主要是起到信号隔离和增强驱动 能力的作用，并不能把 TTL 转换成 RS232 等串口形式，这样做的好处是一旦一个 串口出现大电流只能烧毁驱动芯片，不会烧毁 MCU这种做法对于工业应用真 是“极好的” ！但是对于玩家来说，坏哪个芯片都得换板子，因为没法检查和更 换，我看必要性一般啊，还不如来个电平转换芯片增加抗干扰来的实惠。
仁者见 仁，智者见智吧 第 3 张原理图 第三张原理图包含 JTAG 接口，microSD 卡槽和内置 MicroUSB 接口 什么年代了，STM32 还要搭配 JTAG？大家都用双线的 SWD 了，实在不知道 作者是怎么想的，增加通用性么？ microSD 卡槽没啥好讲的，全部上拉得这种设计是不是好呢？反正用起来没 问题就 OK 吧如果是我会在信号线上加个电阻…… 内置 MicroUSB 的设计倒是很小心，居然加上了静电保护芯片，这是怕我们 这些不懂的玩儿家乱摸，静电把 MCU 打坏了，算是一个比较贴心的设计吧 第 4 张原理图 第四张原理图主要是压力传感器 AD 采集、I2C 总线、SPI 接口、ADC 接口和 CAN 总线I2C 接口、SPI 接口、ADC 接口的处理和 CAN 接口芯片都中规中矩， 没什么可说的全部的 5V 供电都是用自恢复保险对输出功率保护，也用了二极 管作为反接保护，天哪，这个保护对 PIX 是安全了，但是对外部设备…… 居然保留了线性电压的空速传感器接口，这个不知道软件是否兼容啊，看来 数字的空速还是太贵 第 5 张原理图 第五张图就比较诡异了，是传感器居然用了两片 L3GD20，做什么用呢？ 我不大清楚，等待各位高手给解答吧，感觉像是选装件。
MS5611 气压和 LSM303 加速度和磁场芯片大家都很熟悉了，处理的中规中矩 注意保留了一个接口，用于外置陀螺/加速度计/和磁场扩展，我只能说体现 了 PIX 一向的实验心态，一切都可以尝试，一切都可以再改变 第 6 张原理图 第六张原理图是 PIX 的精华所在，也是最值得吐槽的地方！它居然是用了 LTC4417 这种复杂的电源管理芯片，来控制三组背对背 P 勾到场效应管来进行三 路电源的不间断供电，真可谓不惜血本！跟三个二极管的方案相比，最大的好处 是没有二极管压降，但是对于这种小规模应用是否划得来呢？还是那句话，仁者 见仁，智者见智，我就知道这个芯片不便宜啊！ 第 7 张原理图 第七章原理图主要包含几个部分，电源芯片，电池的接驳和管理，5V 监控， 主控芯片的去耦电容，主控芯片的 RTC 部分电源处理和 Reset MIC5332 是一种双输出超低压降 LDO，做主电源是没什么问题，问题是他比 两个单独的芯片贵得多…… 两个电池控制芯片 BQ24315 是 TI 的电池管理芯片，从一个电池取出两路稳 定的 5V 电源分别供给不同种类设备，防止互相干扰还是那句话，真是不惜血 本啊！ RTC 和 RESET 做的中规中矩，没什么可介绍的。
第 8 张原理图 三色 LED 由 TCA62724 专用芯片管理， 这个专业啊！ LED 都用专门芯片管理， 无语…… 各种指示灯的电路没啥可说，但是只用 220 欧电阻限流，应该很耀眼吧，估 计是为了有壳子的设计做准备 安全按钮的输入是 PX4 集成下来的特色，居然也做了反接保护，是怕我们吃 饱了没事往上面接电源啊？ J701 接插件我还不知道是做什么用的，但是其信号采集居然用 LT3469 做了 运放进行处理，应该很重要吧，这运放不便宜啊 第 9 张原理图 第九张图是小单片机 STM32F1 的原理图，各处中规中矩居然还是 JTAG 接 口，我说 PIX 的电路板面积要是很富裕你就做小点不行么？ DSM 接口直接连接到串口，PPM 用 IO 读取，这都是常见用法24M 晶振与 主控一样话说 SBUS 哪里去了？ 可见，备份控制器并不只是做备份，平常是用来进行输入信号采集的，这跟 大名鼎鼎的 APM 飞控是异曲同工，看来这种也能称作芯片级“Big-Little”架构是 比较适合飞控的 第 10 张原理图 哈哈，SBUS 在这里呢因为复杂单独画了处理方法是用或门电路，将信号反 过来，还可以做 SBUS 输出，够强大。
舵机的输出一样实用 TXS0108 驱动芯片，不过居然输出信号还是 3V 电平， 浪费啊浪费…… 第 11 张原理图 这张图里，我们见到了熟悉的 MIC5332，看来每种设备必须单独供电，实在 是把电源设计到了无以复加的地步而 MIC5332 的电源来自单独的 BQ24313， 两级处理保障了电源的可靠性 第 12 张原理图 最后一张图只是处理一些测试点，就没什么可讲的了 终于完成了整个电路的评测，我的感觉只有不惜血本这个词，没有其他的 所选的器件全部非常有个性，少见常用器件虽然是开源飞控，但是要做起来还 真的费点儿事啊！ 。