基于DSP芯片TMS320F240的步进电机调焦系统设计

0引言：

　　当摄影镜头拍摄运动的物体时，如果运动轨迹已知，摄影镜头必须对焦距进行调节，从而调整目标的像点的位置，使得目标始终位于焦点上，达到实时拍摄的 目标，传统变焦大多是利用机械装置完成的，比如凸轮机构，齿条机构;但是由于机械加工工艺复杂，其精度、平稳性和灵活性都难以满足要求，为此本系统利用步 进电机带动摄像机完成变焦，由于步进点机精确地按照步进角转动，并且由DSP进行控制，从而满足了以上机械装置无法完成地性能要求。实验结果表明，本系统 调焦曲线与理想曲线拟合度较好，拍摄已知运动轨迹的目标，达到了满意效果。

1 设计思想

　　在光学系统中，采用一组物镜，调节轴向位移，物镜光学系统物象关系是：

　　X′=f2 / X

　　其中 X′—— 像距(目标像平面到主焦平面的距离);

　　X —— 物距(目标距离);

　　f —— 光学系统焦距 f=常量，像距X′与物距X成反比关系。

　　利用已知的摄影调焦曲线确定转动所需的步数和时间坐标关系，存入F240数据存储器中，利用F240运算速度快、片载FLASH存储器大 (16K字)的特点，准确控制控制器驱动运转，通过机械装置实现摄影镜头焦距按照规定的曲线变化，从而实现实时拍摄运动物体的功能。

2 硬件设计部分

　　2.1步进驱动器UP-4HB03M简介

　　UP-4HB03M是北京联太工贸有限公司生产的专用步进电机驱动器,4HBO3M适用于两相六出头混合式及四相混合式步进电机，PWM恒流控制方 式;可选择半步(四相八拍)或者16细分两种工作方式;驱动电流为0.3A连续可调，并且具有自动半流锁定功能;脱机控制及其相位检测功能;所有控制信号 与功率驱动部分光电隔离;散热外壳与驱动器内部完全电绝缘。

　　2.2 简介

　　(以下简称F240)由DSP内核和片内外设组成。由于DSP内核具有较快的计算和响应处理速度，可以应付高速应用的要 求，同时也为控制软件的设计提供了更加有力的支持，使控制系统能够完成更加复杂的功能、实现更好的控制效果。同时具有丰富的片内外 设，包括16路10位A/D转换器、多个可编程的多路复用I/O引脚、硬件UART以及SPI总线等。特别是TMS320F240片内设置了一个事件管理 器(EPA)，可以提供6路全比较PWM通道，能方便地实现各种PWM波形的发生。这里使用F240主要是考虑F240速度快以及有丰富的I/O引脚资 源;程序烧写方便，利于更新曲线坐标以及修改程序;性价比较高等因素。

　　2.3 硬件设计