PX4飞控开发笔记-第五课时：PWM、PPM与S.bus.pdf

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1、APMforPX4飞控开发笔记第五章：PWM、PPM与S.bus——sw笨笨编写1.介绍要进行飞控开发，了解控制信号是基本知识。用于航模的飞控主要的执行设备就是舵机和电调，那么跟舵机相关的信号都有哪些，他们的作用是什么，硬件协议是什么，软件协议是什么，有什么区别，怎么用？这些就是本文下面要跟大家讨论的问题。我个人常用的航模中的控制信号主要有PWM、PPM和S.bus。还有许多其他信号，但是个人接触的少就不在这里卖了。2.PWMa)什么是PWMPWM，PulseWidthModulation的缩写，英文意思是脉宽调制，在航模中主要用于舵机的控制

2、。这是一种古老而通用的工业信号，是一种最常见的控制信号。该信号主要原理是通过周期性跳变的高低电平组成方波，来进行连续数据的输出。如下图所示：而航模常用的PWM信号，其实只使用了它的一部分功能，就是只用到高电平的宽度来进行信号的通信，而固定了周期，并且忽略了占空比参数。PWM的优点很明显：由于传输过程全部使用满电压传输，非0即1，很像数字信号，所以他拥有了数字信号的抗干扰能力。脉宽的调节是连续的，使得它能够传输模拟信号。PWM信号的发生和采集都非常简单，现在的数字电路则使用计数的方法产生和采集PWM信号。信号值与电压无关，这在电压不恒定

3、的条件下非常有用，比如电池电压会随消耗而降低，DCDC都会存在纹波等等，这些因素不会干扰信号的传输。b)PWM通信协议高电平有效。高电平电压：常见4.8~6V，也有使用3.3V和更高电压的，要看舵机的承受能力。信号周期：常见50Hz和300Hz两种，前者被称为模拟舵机，后者被称为数字舵机。注意纠正一个概念，舵机的模拟和数字之分其实指的是信号采集器，是使用模拟电路还是使用数字电路，跟信号频率无关，当然数字采集器的采集能力较强，所以频率可以高一些。但是随着技术进步，现在即使买50Hz的舵机也同样使用数字电路进行信号采集，哪里来的模拟舵机呢？建议大

4、家忘记这两个词汇吧。脉宽宽度：50Hz信号多用于老式舵机，是上个世纪舵机的主要控制信号形式，其脉宽宽度为0.5ms至2.5ms。300Hz信号则是目前使用的最广泛的信号形式，其波形速度快，每秒可以传输300次，所以相应的脉宽也有所减小为0.9ms至2.1ms。两种舵机控制信号如下图所示：50Hz舵机的PWM控制信号300Hz舵机的常见PWM控制信号3.PPMa)什么是PPMPWM信号被广泛用于舵机控制，但是它有一个明显的缺陷，就是有多少个舵机就需要多少个控制线路。而很多时候不希望线路太多，尤其是遥控器的无线信号，只可能有一路通信要传递多路舵机

5、控制信息，于是PPM信号诞生了。PPM，pulse-positionmodulation的缩写，英文意思是脉冲位置调制。在上个世纪，航模领域中主要使用这种信号作为遥控器的主要无线通信协议，后来被用于教练线和模拟器。该信号使用多个脉冲作为一组，并以组为单位周期性发送，通过组内各个脉冲之间的宽度来传输相应通道的舵机控制信息。b)PPM通信协议高电平有效。高电平电压：常见4.8~6V。信号周期：24ms。单个脉冲宽度：0.4ms脉冲间距：0.9ms至2.1ms4.S.busa)什么是S.busS.bus，可能是Smart-BUS的简称，即智能总线。

6、该总线是日本Futaba公司自己使用的专用总线协议。该协议有两个特点：一个是数字化，一个是总线化。数字化是指的该协议使用现有数字通信接口作为通信的硬件协议，使用专用的软件协议，这使得该设备非常适合在单片机系统中使用，也就是说适合与飞控连接。这也就是我为什么要将这个协议详细叙述的原因，我认为使用PX4飞控是离不开这种纯数字的通信协议的。另外在其硬件协议中使用了数据校验增加抗干扰能力。总线化指的是一个数字接口可以连接多个设备，这些设备（主要是舵机和电调）通过Hub与一个S.bus总线连接，并能够得到各自的控制信息。如下图所示：b)S.bus硬件协

7、议S.bus使用RS232C串口的硬件协议作为自己的硬件运行基础。使用TTL电平，即3.3V。使用负逻辑，即低电平为“1”，高电平为“0”。波特率：100000（100k），注意：不兼容波特率115200。c)S.bus软件协议每帧数据还有25字节。每字节含有12个比特，使用1个起始位“0”，8个数据位，1个奇校验位（8个数据位中1的数量为奇数则此位为“1”否则为“0”），两个终止位“1”。采用LSBfirst方式发送，即最低有效位（二进制数据右侧）先发。帧头：11110000（二进制），帧尾：00000000（二进制）。数据：从第1数据字节

8、起，到第22字节，一共有数据位176个，它们按照顺序分别是通道1至通道16的舵机控制数据，每个通道占11比特。取值范围是0~2047。第23字节我管它叫做“功能字节