DSP芯片TMS320F240的步進電機的調(diào)焦系統(tǒng)設(shè)計

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 DSP芯片TMS320F240的步進電機的調(diào)焦系統(tǒng)設(shè)計 0引言： 當(dāng)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開展調(diào)節(jié)，從而調(diào)整目標(biāo)的像點的位置，使得目標(biāo)始終位于焦點上，到達實時拍攝的 目標(biāo)，傳統(tǒng)變焦大多是利用機械裝置完成的，比方凸輪機構(gòu)，齒條機構(gòu);但是由于機械加工工藝復(fù)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，由于步進點機地按照步進角轉(zhuǎn)動，并且由DSP開展控制，從而滿足了以上機械裝置無法完成地性能要求。實驗結(jié)果說明，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(biāo)，到達了滿意效果。 1

2、 調(diào)焦系統(tǒng)設(shè)計思想 在光學(xué)系統(tǒng)中，采用一組物鏡，調(diào)節(jié)軸向位移，物鏡光學(xué)系統(tǒng)物象關(guān)系是： X=f2 / X 其中 X 像距(目標(biāo)像平面到主焦平面的距離); X 物距(目標(biāo)距離); f 光學(xué)系統(tǒng)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(diào)焦曲線確定步進電機轉(zhuǎn)動所需的步數(shù)和時間坐標(biāo)關(guān)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(zhǔn)確控制步進電機控制器驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，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(shè)計部分 2.1步進驅(qū)動器UP-4HB03M簡介 UP-4HB03M是*聯(lián)太工

3、貿(mào)公司生產(chǎn)的專用步進電機驅(qū)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(qū)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(qū)動部分光電隔離;散熱外殼與驅(qū)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(shè)組成。由于DSP內(nèi)核具有較快的計算和響應(yīng)處理速度，可以應(yīng)付高速應(yīng)用的要 求，同時也為控制軟件的設(shè)計提供了更加有力的支持，使控制系統(tǒng)能夠完成更加復(fù)雜的功能、實現(xiàn)更好的控制效果。同時TMS320F2

4、40具有豐富的片內(nèi)外 設(shè)，包括16路10位A/D轉(zhuǎn)換器、多個可編程的多路復(fù)用I/O引腳、硬件UART以及SPI總線等。特別是TMS320F240片內(nèi)設(shè)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(biāo)以及修改程序;性價比較高等因素。 2.3 硬件設(shè)計 本系統(tǒng)的硬件接口電路如圖1所示，74ls14為反相器，接到DSP的I/O口以提高其驅(qū)動能力，CH1是一個八腳的插頭，用于外接步進機的各項繞 組。步進電機以及攝影鏡頭部分從略。工作過程如下：首先獲得攝影調(diào)

5、焦曲線，利用MATLAB軟件，得出時間位移坐標(biāo)，再換算成步進電機轉(zhuǎn)動所需的步數(shù)時間 坐標(biāo)，以數(shù)組的行式保存下來。在F240的數(shù)據(jù)存儲器中開辟空間存儲步數(shù)時間數(shù)組，利用F240定時器完成計時，I/O口輸出相應(yīng)寬度的脈沖信號，驅(qū)動步 進電機驅(qū)動器UP-4HB03M，其中CP為步進脈沖輸入端;FREE為脫機端，高電平有效，F(xiàn)REE=1時，電機處于釋放狀態(tài);V/D為方向控制端，高 低電平分別控制電機正反轉(zhuǎn)。 圖1 硬件接口電路圖 3 軟件設(shè)計： 由于電機的運行和轉(zhuǎn)動步數(shù)以及兩步之間間隔時間有關(guān)系，故采用計時器計時的方法來計算時間，F(xiàn)240初始化程序如下： void Initcpu(void) /初始化

6、F240程序 *WDCR=0 x6f; / 禁止自帶的看門狗功能; *CKCR1=0 x69; / 外部輸入晶振為20MHZ，F(xiàn)240工作在20MHZ; *CKCR0=0 xc3; / 系統(tǒng)時鐘為10MHZ; *SYSCR=0 x4000; / F240輸出頻率CLKOUT=IOPC1(I/O管腳); F240初始化后，計時器的基本計時時間為0.1?s，考慮到F240定時器是16位計數(shù)器，這難以滿足計算長時間的需求，所以采用通 過計算進入定時器中斷的次數(shù)來計算長時間的方法。例如設(shè)置定時器周期存放器值為800即*T1PR=800，那么進定時器中斷時間為800*0.1= 80?s如果計時為1s的話

7、，則只需進12500次中斷即可，以此類推;故定義的數(shù)組內(nèi)容表示如下： int table= 25,800,255, /第1行 . . . . . . /第n行 其中25為電機步數(shù);800為定時器周期存放器值;255每兩步間所要進入定時器中斷的次數(shù)。實現(xiàn)準(zhǔn)確地控制步進電機控制器關(guān)鍵在于由F240 I/O口產(chǎn)生規(guī)定的脈沖信號，提供應(yīng)步進電機控制器從而驅(qū)動步進電機正確轉(zhuǎn)動，程序中包括F240初始化、電機正轉(zhuǎn)、等待、電機反轉(zhuǎn)幾個程序模塊。程序流 程圖如圖2所示： 圖2 程序流程圖 以下是實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)的程序。程序中變量解釋：step：用于存儲數(shù)組中電機步數(shù);every step：用于存儲數(shù)組中每兩步間所

8、要進定時中斷的次數(shù);flag：數(shù)組行數(shù)標(biāo)志(程序假設(shè)需正轉(zhuǎn)36組)。 void interrupt INT2_ISR() while (*EVIVRA=0 x0027) /是否是定時器中斷 if(flag36) /用來完成正轉(zhuǎn) if (steptotal=step) /是否走完數(shù)組每行規(guī)定的步數(shù) flag+; /數(shù)組行標(biāo)志加1 steptotal=0; /電機轉(zhuǎn)動步數(shù)清零 step=table; /更新電機運行步數(shù)數(shù)據(jù) *T1PR=table; /更新定時器定時周期 everystep=table; /更新需要進入定時器中斷次數(shù) *T1CNT=0; /從零開始計時，啟動定時器 i+; /循環(huán)標(biāo)

9、志位加1 if(i=1) *PADATDIR=0 xff05; / 提供下降沿，正轉(zhuǎn)，不脫機 else if (i=everystep) i=0; steptotal+; /電機每轉(zhuǎn)一步標(biāo)志位加1 else *PADATDIR=0 xff04; /CP腳為高電平為產(chǎn)生下降沿準(zhǔn)備,正轉(zhuǎn)，不脫機 *IMR=0 x02; /開定時器中斷 enable(); /開啟F240總中斷 4 實驗結(jié)果及其注意事項 電機轉(zhuǎn)動的步數(shù)和時間坐標(biāo)都是由主機端通過MATLAB仿真取得的，因此實際調(diào)焦曲線的與理想曲線的擬合程度大大提高了;步進電機控制器采用四相八拍運行 方式，并且由DSP開展控制，步進機地按照步進角(0.9度)轉(zhuǎn)動。實際應(yīng)用該調(diào)焦系統(tǒng)調(diào)整攝影鏡頭，拍攝運動軌跡已知的目標(biāo)，到達了滿意的效果。 定時器時間的準(zhǔn)確計算對高精度地測量一些物理量是非常重要的。當(dāng)需要定時器計算的時間比較長時，定時器計數(shù)還不夠，這時就需要利用定時器自身的中斷，即短時間定時一到就進入定