摘要：與傳統(tǒng)的攝影調(diào)焦系統(tǒng)相比較，針對焦距可以靈活調(diào)整的要求，提出了基于tms320f240控制步進電機調(diào)焦的設(shè)計方案，利用f240控制電機驅(qū)動器up-4hb03m按照計算所得的調(diào)焦軌跡進行調(diào)焦。實驗結(jié)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(biāo)，達到了滿意效果。
關(guān)鍵詞：tms320f240；步進電機控制器；步進電機

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進行調(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，達到實時拍攝的目標(biāo)，傳統(tǒng)變焦大多是利用機械裝置完成的，比如凸輪機構(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，由于步進點機精確地按照步進角轉(zhuǎn)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(jié)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(biāo)，達到了滿意效果。

1 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是北京聯(lián)太工貿(mào)有限公司生產(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(xì)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tms320f240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)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，free＝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，f240初始化程序如下：

void initcpu(void) //初始化f240程序

{ *wdcr=0x6f; // 禁止自帶的看門狗功能；

*ckcr1=0x69; // 外部輸入晶振為20mhz，f240工作在20mhz；

*ckcr0=0xc3; // 系統(tǒng)時鐘為10mhz；

*syscr=0x4000; } // 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0.1µs，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)置定時器周期寄存器值為800即*t1pr＝800，那么進一次定時器中斷時間為800*0.1=80µs如果計時為1s的話，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