自动调焦系统设计论文.docx

自动调焦系统设计论文1工作原理自动调焦系统利用精密线绕电位器检测准直镜的位置由电位器的中心抽头取出的电压、温度采样值和接收的主控计算机距离信息送DSP进行运算得出误差电压值。如果误差电压不等于零DSP送出驱动脉冲经功率模块放大驱动步进电机转动通过机械传动带动准直镜移动同时也带动检测电位器的转轴向减小误差电压的方向旋转直至误差趋近于零系统处于平衡状态以达到最佳的成像效果。2系统设计2．1DSP模块采用DSP(TMS320F2812)作为自动调焦系统核心。TMS320F2812是TI公司针对数字控制领域而推出的具有控制精度高、速度快、使用灵活以及集成度高等优点已广泛应用于工业自动化、光学网络以及自动化控制等领域。TMS320F2812的CPU运行速率可以达到150MIPS数据总线为32位内部集成乘法累加器指令采用流水线处理使得数据处理的能力大大增强;同时在片内还集成了128KBx16位的Flash存储器和18KBx16位的SARAM存储器。针对数字控制领域还集成了两个事件管理器(可以发送12路PWM信号)为电机及功率变换控制提供了良好的控制功能还兼有死区控制功能。本系统并没有使用TMS320F2812全部外设接口而只是使用其中的一小部分如GPIO接口和EVA/EVB接口。由于采用可编程逻辑器件(FPGA)使得DSP的硬件电路设计非常简单。将DSP的数据总线、地址总线、读写控制线以及中断信号线都引入到FP-GA中根据特定的要求在FPGA内完成时序和逻辑设计如为TL16C654、AD7864提供地址选通信号等。由于电机的信号线、限位开关线数量很多需要本系统的I/O口的数量较多还需要在FPGA内完成扩展I/O口的功能。2．2FPGA模块选用Cyclone系列FPGA中的EP1C12Q240C8作为整个系统的时序和逻辑控制核心EP1C12Q240C8提供12060个逻辑单元(LE)和173个I/O口可以内嵌4K的RAM。采用模块化的设计思想对FPGA设计进行模块分解FPGA需要扩展I/O口的功能产生PWM调宽波信号还需要为TL16C654和AD7864提供片选和读写信号等。TL16C654地址译码模块:在FPGA内部针对DSP的读写以及地址信号进行译码为TL16C654提供读写信号以及片选等信号。AD7864地址译码模块:对DSP的地址信号进行译码为AD7864提供读写、片选以及通道选择等信号。在设计FPGA时采用VHDL开发语言在Quar-tusII环境下开发程序。根据FPGA的设计框图在设计程序时采用模块化的设计思想。每个模块都独立设计(即每个模块都是一个文件)最后建立一个顶层文件将各个模块有机地联结起来。2．3串行收发模块自动调焦系统与主控计算机通信时必须要提供串行通信接口这里采用TL16C654完成并行数据和串行数据之间的转换。控制器在与其他分系统进行串行通信时由TMS320F2812作为控制核心间接控制TL16C654串行发送或接收。FPGA是DSP和TL16C654之间通信的桥梁为TL16C654提供片选和读写信号。当TL16C654的接收FIFO满等情况发生时会产生中断信号FPGA对TL16C654的中断信号组进行处理然后向DSP发送中断信号并协助DSP得到TL16C654发出中断的通道号。TL16C654在发送或接收数据时可以采用中断或查询的工作方式。在控制器与外部进行串行通信时TL16C654在接收时采用中断方式发送时采用查询方式。2．4模拟量采集模块及数字温度传感器模拟量采集选用美国模拟器件公司生产的AD7864模数转换芯片分辨率为12位可实现4通道同时采样。数字温度传感器采用型号DS18B20DS18B20与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现双向通信测量范围:－55℃～+125℃分辨率0．5℃。2．5电机驱动器及执行电机步进电机驱动采用UP－4HB01B步进驱动芯片。它把FPGA发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移FPGA每发一个脉冲信号驱动器就使步进电机旋转一步距角步进电机转速与脉冲信号频率成正比。该驱动芯片适用于四相六出头混合式步进电机单极恒压驱动四相八拍励磁方式。执行电机选用常州微特电机厂生产的混合式步进机型号为42BYG015电机为混合式四相步进电机按四相八拍方式工作步距角为0．9度。3结论基于DSP的自动调焦系统其控制电路采用模块化设计集成度高外围硬件电路简单可靠调焦精度高调焦时间短。本系统经过在某型经纬仪近一年的使用系统工作稳定可靠操作简便对飞行目标跟踪过程中成像清晰满足使用要求。作者：刘广哲单位：91550部队92分队