采用TMS320LF2407的自动调焦控制系统设计.pdf

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1、178化工鼾．动化吸仪表第4l卷采用TMS320LF2407的自动调焦控制系统设计尹宏建1’2高慧斌1乔冠宇1’2(1．中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，长春130033；2．中国科学院大学，北京100049)摘要为了使光电经纬仪在对目标跟踪过程中的成像始终清晰稳定，需要进行自动调焦处理。采用TMS320LF2407作为控制系统核心芯片，设计了包括串行通信接口、步进电机、步进电机驱动器、AD转换以及液晶显示等模块为一体的控制系统。实验结果表明：系统的最大理论误差0．0345mm，实际最大误差0．0320mm，满

2、足经纬仪对于调焦系统的要求。关键词调焦系统TMS320LF2407经纬仪闭环控制中圈分类号THl65+．2文献标识码A文章编号1000·3932(2仇4)02一0178JD4光电经纬仪是对观察目标进行实时跟踪测量的光学设备。由于观察目标处于不断运动当中，使得两者之间的距离不断变化，造成目标在经纬仪上像点离焦，直接导致了成像质量的下降，这对观察和记录目标的运动轨迹、飞行参数等信息存在影响和干扰。为了避免这一现象的发生，需要在经纬仪中引入自动调焦系统，自动调焦系统的作用就是根据相关信息，调整成像面的位置，达到目标成像始终

3、清晰的目的⋯。目前，自动调焦的方法主要有：光电自准直法、图像处理法和传统程序控制法。由于传统程序控制法相比其他两种方法有操作简单、对硬件要求较低及实时性好等优点，传统程序控制法主要用数据拟合的方法，利用光学设计和实验数据得出调焦公式，并以此为依据，编制相应控制程序心]。在此，笔者采用传统程序控制法实现光电经纬仪的自动调焦。1系统硬件自动调焦控制系统如图l所示，管理计算机把目标距离信息通过串口发送到TMS320LF2407，TMs320LF2407采用数据拟合方法计算出理论调焦量，从I／O口发出PWM脉冲，脉冲通过电机

4、驱动电路控制步进电机带动准直镜沿光路传播方向移动，准直镜的位置信息经过电位器反馈回TMs320LF2407，形成一个闭环，反馈回的位置信息和理论值的误差驱动准直镜向着像点与焦面重合的方向移动，直到误差为零，此时图像成像最为清晰‘引。但是由于TMs320LF2407自身ADC精度的限制2，传动机构的误差等因素，使得微小误差始终存在。图l自动调焦控制系统框图收穑日期：2013扪私(修改稿)第2期尹宏建等．采用TMS320L砣407的自动调焦控制系统设计1791．1主控芯片及外围电路笔者设计的自动调焦系统采用的主控芯片为1

5、6位DSP芯片TMs320LF2407，能达到40MIPS的执行速度，指令周期25ns，其内部集成外设有：32KByte的FLAsH程序存储器；2．5KByte的数据／程序RAM；192KByte的可扩展外部存储器(程序、数据、I／O空间各64KB”e)；定时器；看门狗；EV管理器；串行通信接口sCI，串行外设接口SPI，控制区域网络CAN；8或16通道可选的10位模拟数字转换器ADcHo。电源电路采用5．0V直流电源，由于DSP的工作电压为3．3V，所以需要进行电压转换，系统采用TPS7333实现，其工作原理如图2

6、所示。串行通信接口的驱动芯片采用MAx232，实现与管理计算机的距离信息发送和接收(图3)。图2电源模块工作原理C7uF图3串行通信接口模块工作原理1．2液晶显示电路液晶采用T6963，用于显示步进电机的运行状态。T6963是一种图形点阵液晶显示器，主要由行驱动器、列驱动器和128×64全点阵显示器组成。能够完成图形显示，也可以显示8×4个(16×16点阵)汉字，共有13种指令，与cPU接口采用8位数据总线并行输入输出。TMS320LF2407的数据总线D0一D7分别与T6963的D0～D7相连，TMS320L砣40

7、7的／wE、／RD分别连接T6963的／WR、／RD，10PE5控制T6963的数据和命令写入。1．3步进电机驱动电路系统调焦的步进电机型号为35BYG007，步距角1．8。。步进电机驱动芯片选择型号UP-4HB03M，uP一4HB03M是专用步进电机驱动器，适用于四相混合式和两相六出头混合式步进电机，PwM恒流控制方式；可选择16细分或四相八拍两种方式；输出的驱动电流为0．3A。驱动电路如图4所示，TMS320LF2407的I／O口输出脉冲信号，控制uP-4HB03M，uP4HB03M的CP为步进脉冲输人端，上升沿

8、有效；FREE端为驱动器脱机端，当FREE=1时，电机处于释放状态；U／D为步进电机的运行方向控制端，当U／D为高电平时，电机正转，否则电机反转∞1。图4步进电机驱动电路工作原理2系统软件TMS320LF2407的软件设计工作是在cCSS．tudio—v3．3版本开发环境下进行编译、调试和仿真的。编程语言主要由c语言完成，但对DsP特殊寄存器的