基于DSP芯片TMS320F240的步進電機調(diào)焦系統(tǒng)設計

0引言：

　　當攝影鏡頭拍攝運動的物體時，如果運動軌跡已知，攝影鏡頭必須對焦距進行調(diào)節(jié)，從而調(diào)整目標的像點的位置，使得目標始終位于焦點上，達到實時拍攝的 目標，傳統(tǒng)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(wěn)性和靈活性都難以滿足要求，為此本系統(tǒng)利用步 進電機帶動攝像機完成變焦，由于步進點機精確地按照步進角轉動，并且由DSP進行控制，從而滿足了以上機械裝置無法完成地性能要求。實驗結果表明，本系統(tǒng) 調(diào)焦曲線與理想曲線擬合度較好，拍攝已知運動軌跡的目標，達到了滿意效果。

1 調(diào)焦系統(tǒng)設計思想

　　在光學系統(tǒng)中，采用一組物鏡，調(diào)節(jié)軸向位移，物鏡光學系統(tǒng)物象關系是：

　　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 —— 光學系統(tǒng)焦距 f=常量，像距X′與物距X成反比關系。

　　利用已知的攝影調(diào)焦曲線確定步進電機轉動所需的步數(shù)和時間坐標關系，存入F240數(shù)據(jù)存儲器中，利用F240運算速度快、片載FLASH存儲器大 (16K字)的特點，準確控制步進電機控制器驅動步進電機運轉，通過機械裝置實現(xiàn)攝影鏡頭焦距按照規(guī)定的曲線變化，從而實現(xiàn)實時拍攝運動物體的功能。

2 硬件設計部分

　　2.1步進驅動器UP-4HB03M簡介

　　UP-4HB03M是北京聯(lián)太工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的專用步進電機驅動器,4HBO3M適用于兩相六出頭混合式及四相混合式步進電機，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;驅動電流為0.3A連續(xù)可調(diào)，并且具有自動半流鎖定功能;脫機控制及其相位檢測功能;所有控制信號 與功率驅動部分光電隔離;散熱外殼與驅動器內(nèi)部完全電絕緣。

　　2.2 TMS320F240簡介

　　TMS320F240(以下簡稱F240)由DSP內(nèi)核和片內(nèi)外設組成。由于DSP內(nèi)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，同時也為控制軟件的設計提供了更加有力的支持，使控制系統(tǒng)能夠完成更加復雜的功能、實現(xiàn)更好的控制效果。同時TMS320F240具有豐富的片內(nèi)外 設，包括16路10位A/D轉換器、多個可編程的多路復用I/O引腳、硬件UART以及SPI總線等。特別是TMS320F240片內(nèi)設置了一個事件管理 器(EPA)，可以提供6路全比較PWM通道，能方便地實現(xiàn)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;程序燒寫方便，利于更新曲線坐標以及修改程序;性價比較高等因素。

　　2.3 硬件設計