根據(jù)控制指令的實時性要求，系統(tǒng)設(shè)計每隔40 ms分別對矩陣鍵盤和航向控制器進(jìn)行一次行列掃描和AD采樣，當(dāng)鍵盤上的按鍵被觸發(fā)時，啟動按鍵去抖識別程序，輸出滿足響應(yīng)時間要求的按鍵16 bits鍵盤掃描碼。與此同時，將AD采集到的航向控制器模擬量串行數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后輸出12 bits并行航向控制數(shù)據(jù)。該模塊的SignalTapII在線仿真結(jié)果如圖3所示。KB_RL和KB_Y分別為行掃描線和列掃描線，KB_SEN為鍵盤掃描使能信號，KEY_SCode為按鍵觸發(fā)后輸出的鍵盤掃描代碼，SAD_CS為芯片的采集使能信號，SAD_SDT為芯片串行數(shù)據(jù)輸入，SAD_PDT為串并轉(zhuǎn)換后的航向控制器結(jié)果數(shù)據(jù)。由圖3可知，一共有2個控制按鍵被順序觸發(fā)，共輸出了2個鍵盤掃描碼：7DFE和7EFE。航向控制器輸出數(shù)據(jù)位2EB，對應(yīng)航向控制角度值約為66°。

2．2 指令編碼與顯示模塊

指令編碼與顯示模塊將接收到的16 bits鍵盤掃描碼和12 bits航向控制器數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議進(jìn)行指令和數(shù)據(jù)編碼，并將編碼后控制指令和數(shù)據(jù)發(fā)送至指令發(fā)送模塊，與此同時，為確保指令代碼和航向控制器數(shù)據(jù)正確傳輸，模塊驅(qū)動6個16進(jìn)制數(shù)碼顯示管實時顯示編碼后的指令數(shù)據(jù)和航向控制器數(shù)據(jù)。指令編碼與顯示模塊的SignalTapII在線仿真結(jié)果及數(shù)碼管顯示結(jié)果如圖4所示。KB_INS為指令有效標(biāo)志，KB_ EDAT為編碼后的指令代碼，SAD_EDT為編碼后的角度值。LED_LE為數(shù)碼管數(shù)據(jù)鎖存信號，LED_BL為數(shù)碼管使能信號，LED_DL為數(shù)碼管數(shù)據(jù)輸入端，由圖4可知，編碼后的控制指令代碼和航向控制器角度分別為033H和66°，數(shù)碼管顯示結(jié)果為033和066。

2．3 指令發(fā)送模塊

指令發(fā)送模塊接收到編碼后的控制指令和航向控制器數(shù)據(jù)后，將編碼后的指令數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為遙控幀數(shù)據(jù)，并按照異步串行通信協(xié)議(UART)將遙控幀數(shù)據(jù)輸出到MAX3387進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，遙控幀數(shù)據(jù)串行波特率選取19 200，8位數(shù)據(jù)位，1位起始位，1位停止位，無奇偶校驗位。指令發(fā)送模塊SignalTapII在線仿真結(jié)果及計算機(jī)接收到的遙控幀數(shù)據(jù)結(jié)果如圖5所示。YK_SEND_EN為數(shù)據(jù)發(fā)送使能信號，Test_Vara為發(fā)送的8 bits并行遙控數(shù)據(jù)，YK_UART_Out為異步串行數(shù)據(jù)FPGA輸出端波形信號。

3 實驗應(yīng)用

無人機(jī)控制器安裝于某型無人機(jī)地面控制站中。地面站加電后，控制器數(shù)據(jù)處理板開始工作，每間隔40 ms分別對8x8矩陣鍵盤和無人機(jī)航向控制器進(jìn)行鍵盤掃描與AD采樣，并實時將采集到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的遙控指令代碼，一路驅(qū)動數(shù)碼顯示管將指令代碼實時顯示，一路將指令代碼轉(zhuǎn)換成RS232異步串行數(shù)據(jù)通過測控設(shè)備發(fā)送至無人機(jī)，控制器數(shù)據(jù)處理板實物如圖6所示。實際應(yīng)用結(jié)果表明，采用基于FPGA設(shè)計的無人機(jī)控制器的各項技術(shù)指標(biāo)滿足使用要求，控制指令群時延小于80 ms，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定可靠。

4 結(jié)論

根據(jù)無人機(jī)的控制特點(diǎn)，文中提出了一種基于FPGA的無人機(jī)控制器設(shè)計方案，該方法充分利用FPGA并行處理能力，簡化了無人機(jī)控制器的硬件結(jié)構(gòu)，降低了遙控指令群延時，解決了測控設(shè)備的時序匹配問題，并且具有較好的功能可擴(kuò)展性，該控制器已經(jīng)在某型無人機(jī)系統(tǒng)中得到成功應(yīng)用。