基于DSP芯片TMS320F240的步進(jìn)電機調焦系統設計

0引言：

　　當攝影鏡頭拍攝運動(dòng)的物體時(shí)，如果運動(dòng)軌跡已知，攝影鏡頭必須對焦距進(jìn)行調節，從而調整目標的像點(diǎn)的位置，使得目標始終位于焦點(diǎn)上，達到實(shí)時(shí)拍攝的 目標，傳統變焦大多是利用機械裝置完成的，比如凸輪機構，齒條機構;但是由于機械加工工藝復雜，其精度、平穩性和靈活性都難以滿(mǎn)足要求，為此本系統利用步 進(jìn)電機帶動(dòng)攝像機完成變焦，由于步進(jìn)點(diǎn)機精確地按照步進(jìn)角轉動(dòng)，并且由DSP進(jìn)行控制，從而滿(mǎn)足了以上機械裝置無(wú)法完成地性能要求。實(shí)驗結果表明，本系統 調焦曲線(xiàn)與理想曲線(xiàn)擬合度較好，拍攝已知運動(dòng)軌跡的目標，達到了滿(mǎn)意效果。

1 調焦系統設計思想

　　在光學(xué)系統中，采用一組物鏡，調節軸向位移，物鏡光學(xué)系統物象關(guān)系是：

　　X′=f2 / X

　　其中 X′—— 像距(目標像平面到主焦平面的距離);

　　X —— 物距(目標距離);

　　f —— 光學(xué)系統焦距 f=常量，像距X′與物距X成反比關(guān)系。

　　利用已知的攝影調焦曲線(xiàn)確定步進(jìn)電機轉動(dòng)所需的步數和時(shí)間坐標關(guān)系，存入F240數據存儲器中，利用F240運算速度快、片載FLASH存儲器大 (16K字)的特點(diǎn)，準確控制步進(jìn)電機控制器驅動(dòng)步進(jìn)電機運轉，通過(guò)機械裝置實(shí)現攝影鏡頭焦距按照規定的曲線(xiàn)變化，從而實(shí)現實(shí)時(shí)拍攝運動(dòng)物體的功能。

2 硬件設計部分

　　2.1步進(jìn)驅動(dòng)器UP-4HB03M簡(jiǎn)介

　　UP-4HB03M是北京聯(lián)太工貿有限公司生產(chǎn)的專(zhuān)用步進(jìn)電機驅動(dòng)器,4HBO3M適用于兩相六出頭混合式及四相混合式步進(jìn)電機，PWM恒流控制方 式;可選擇半步(四相八拍)或者16細分兩種工作方式;驅動(dòng)電流為0.3A連續可調，并且具有自動(dòng)半流鎖定功能;脫機控制及其相位檢測功能;所有控制信號 與功率驅動(dòng)部分光電隔離;散熱外殼與驅動(dòng)器內部完全電絕緣。

　　2.2 TMS320F240簡(jiǎn)介

　　TMS320F240(以下簡(jiǎn)稱(chēng)F240)由DSP內核和片內外設組成。由于DSP內核具有較快的計算和響應處理速度，可以應付高速應用的要 求，同時(shí)也為控制軟件的設計提供了更加有力的支持，使控制系統能夠完成更加復雜的功能、實(shí)現更好的控制效果。同時(shí)TMS320F240具有豐富的片內外 設，包括16路10位A/D轉換器、多個(gè)可編程的多路復用I/O引腳、硬件UART以及SPI總線(xiàn)等。特別是TMS320F240片內設置了一個(gè)事件管理 器(EPA)，可以提供6路全比較PWM通道，能方便地實(shí)現各種PWM波形的發(fā)生。這里使用F240主要是考慮F240速度快以及有豐富的I/O引腳資 源;程序燒寫(xiě)方便，利于更新曲線(xiàn)坐標以及修改程序;性?xún)r(jià)比較高等因素。

　　2.3 硬件設計