在无人机飞行控制系统中，飞行控制器是其核心部件，它负责飞行控制系统信号的采集、控制律的解算、飞机的姿态和速度，以及与地面设备的通讯等工作。随着无人机越来越广泛的应用，它所完成的任务也越来越复杂，对无人机的机动性要求也越来越高，这就要求无人机的控制核心向高集成度和小型化方向发展。本文以 586-Engine 嵌入式芯片为核心，设计了某型无人机的飞行控制器。基于 AMD Elan SC520 处理器的微控制模块，具有高可靠性、结构紧凑以及低功耗等特点，它同时具有功能强大的调试软件。586-Engine 的主要参数指标如下：

（1）CPU 为 32 位 AMD Elan SC520，主频为 133MHz；（2）具有高性能的浮点运算单元，支持正弦、正切、对数等复杂运算，非常适合需要复杂运算的应用。（3）配置 512KB 的 SRAM，512KB 的 Flash，114 字节内部 RAM；（4）支持 15 个外部中断。共有 7 个定时器，包括一个可编程内部定时器，提供 3 个 16 位内部定时器和 3 个 16 位 GP 定时器，再加上一个软件定时器。这些定时器支持外部事件的计时和计数。软件定时器提供微秒级的硬件时间基准。（5）提供 32 路可编程 I/O，2 个 UART。共有 19 路 12 位 A/D 输入，包括 11 路 ADC 串行输入和 8 路并行 ADC，转换频率为 300kHz；6 路 D/A 输出，包括 2 个串行输出 DAC 和 4 个输出并行 12 位 DAC，转换频率为 200kHz。（6）工作温度为-40℃~80℃，尺寸为 91.4mm×58.4mm×7.6mm。

飞行控制器硬件设计

该型无人机是为海军野战部队提供通讯中继用途的中型轮式无人机，其飞行控制器是一个单独装箱的小型航空机载电子设备，由 DC/DC 直流电源变换板、计算机主机板、模拟量通道板、开关量通道板和舵机控制板组成，全部模板通过母板上的总线方式连接，以减小尺寸，提高集成度。

该飞行控制器需要与 GPS、磁航向计和无线电高度表等进行通讯，共需 5 个串口。而 586-Engine 主板只提供 2 个串口，分别供地面检测和测控电台使用，因此需要进行串口扩展。串口扩展电路如图 3 所示。

串口扩展电路中采用 TL16C754 四通道 UART 并-串转换器件，将 8 位并行数据转换成 4 路串行输出，外加 MAX202 和 MAX489 电平转换芯片，扩展了 2 个 RS232 串口和 2 个 RS422 串口，可满足飞行控制器的硬件需求。

D/A 转换硬件电路设计

此型无人机采用模拟舵机，共需 6 路 D/A 通道产生 PWM 信号来驱动舵机。586-Engine 主板总共提供 8 路 D/A，其中 4 路 12 位并行 D /A（DA7625）分别控制升降舵机、左右副翼舵机和方向舵机，2 路 12 位串行 D/A（LTC1446）控制前轮舵机和油门舵机。由于 DA7625 的输出电压范围为 0～2.5V，LTC1446 输出电压范围为 0～4.096V，而舵机工作电压为-10～10V，因此需要对信号进行放大和电平平移。D/A 电平平移电路如图所示。

由图可知，D/A 电平转换原理是在运放输入端采用加法电路，将输入信号与基准电平比例相加，得到适合采样的电压范围。关于 A/D 采集，586-Engine 主板上自带的 19 路 12 位的 A/D 接口完全满足飞控系统通道数和转换精度的要求，这些 A/D 接口分别采集气压高度表的数据，无人机机载电压、发动机转速和温度、油门开度等。这些信号发往地面测控计算机，为操作人员对无人机工作状态进行监控提供了基础。关于 I/O 控制，586-Engine 主板上提供了 32 个 16 位可编程数字 I/O 口，用于采集发动机启动信号、伞舱打开信号等，并输出开关量信号控制其它设备，控制无人机起飞与回收过程。

电源模块硬件电路设计

飞行控制器的电源模块电路给飞行控制器提供干净稳定的供电电压，用来保证飞行控制器正常工作。电源模块电路的设计好坏直接影响飞行控制器运行的稳定性和可靠性。该型无人机由于对尺寸有一定的要求，同时考虑到可靠性与成本，因此在设计时选用了成熟的标准模块电源，外接少量器件即可工作。飞行控制器供电模块电路如图 5 所示。

其中，采用 24T05D12 模块电源作为供电电路的主芯片，提供的功率为 30W，输入电压范围为 18V~36V，具有三路电源输出：+5V 和±12V，为机载传感器和舵机进行供电。嵌入式芯片的使用，减小了飞行控制器的体积与重量，实现了飞行控制器小型化、高集成度的设计目标；自行设计的串口扩展电路、舵机控制板等降低了研制成本，满足了项目需求方的要求。可以预见，586-Engine 特有的功能以及较高的性价比将在无人机飞行控制领域得到广泛的应用。