根據控制指令的實時性要求，系統設計每隔40 ms分別對矩陣鍵盤和航向控制器進行一次行列掃描和AD采樣，當鍵盤上的按鍵被觸發時，啟動按鍵去抖識別程序，輸出滿足響應時間要求的按鍵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據進行串并轉換后輸出12 bits并行航向控制數據。該模塊的SignalTapII在線仿真結果如圖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為芯片串行數據輸入，SAD_PDT為串并轉換后的航向控制器結果數據。由圖3可知，一共有2個控制按鍵被順序觸發，共輸出了2個鍵盤掃描碼：7DFE和7EFE。航向控制器輸出數據位2EB，對應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航向控制器數據按照數據傳輸協議進行指令和數據編碼，并將編碼后控制指令和數據發送至指令發送模塊，與此同時，為確保指令代碼和航向控制器數據正確傳輸，模塊驅動6個16進制數碼顯示管實時顯示編碼后的指令數據和航向控制器數據。指令編碼與顯示模塊的SignalTapII在線仿真結果及數碼管顯示結果如圖4所示。KB_INS為指令有效標志，KB_ EDAT為編碼后的指令代碼，SAD_EDT為編碼后的角度值。LED_LE為數碼管數據鎖存信號，LED_BL為數碼管使能信號，LED_DL為數碼管數據輸入端，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°，數碼管顯示結果為033和066。
2．3 指令發送模塊
指令發送模塊接收到編碼后的控制指令和航向控制器數據后，將編碼后的指令數據轉換為遙控幀數據，并按照異步串行通信協議(UART)將遙控幀數據輸出到MAX3387進行電平轉換，遙控幀數據串行波特率選取19 200，8位數據位，1位起始位，1位停止位，無奇偶校驗位。指令發送模塊SignalTapII在線仿真結果及計算機接收到的遙控幀數據結果如圖5所示。YK_SEND_EN為數據發送使能信號，Test_Vara為發送的8 bits并行遙控數據，YK_UART_Out為異步串行數據FPGA輸出端波形信號。
3 實驗應用
無人機控制器安裝于某型無人機地面控制站中。地面站加電后，控制器數據處理板開始工作，每間隔40 ms分別對8x8矩陣鍵盤和無人機航向控制器進行鍵盤掃描與AD采樣，并實時將采集到數據轉換成相應的遙控指令代碼，一路驅動數碼顯示管將指令代碼實時顯示，一路將指令代碼轉換成RS232異步串行數據通過測控設備發送至無人機，控制器數據處理板實物如圖6所示。實際應用結果表明，采用基于FPGA設計的無人機控制器的各項技術指標滿足使用要求，控制指令群時延小于80 ms，設備運行穩定可靠。
4 結論
根據無人機的控制特點，文中提出了一種基于FPGA的無人機控制器設計方案，該方法充分利用FPGA并行處理能力，簡化了無人機控制器的硬件結構，降低了遙控指令群延時，解決了測控設備的時序匹配問題，并且具有較好的功能可擴展性，該控制器已經在某型無人機系統中得到成功應用。
