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1工作原理
自動調焦系統利用精密線繞電位器檢測準直鏡的位置，由電位器的中心抽頭取出的電壓、溫度采樣值和接收的主控計算機距離信息送DSP進行運算，得出誤差電壓值。如果誤差電壓不等于零，DSP送出驅動脈沖，經功率模塊放大驅動步進電機轉動，通過機械傳動帶動準直鏡移動，同時也帶動檢測電位器的轉軸向減小誤差電壓的方向旋轉，直至誤差趨近于零，系統處于平衡狀態，以達到最佳的成像效果。
2系統設計
2．1DSP模塊
采用DSP(TMS320F2812)作為自動調焦系統核心。TMS320F2812是TI公司針對數字控制領域而推出的，具有控制精度高、速度快、使用靈活以及集成度高等優點，已廣泛應用于工業自動化、光學網絡以及自動化控制等領域。TMS320F2812的CPU運行速率可以達到150MIPS，數據總線為32位，內部集成乘法累加器，指令采用流水線處理，使得數據處理的能力大大增強;同時在片內還集成了128KB×16位的Flash存儲器和18KB×16位的SARAM存儲器。針對數字控制領域，還集成了兩個事件管理器(可以發送12路PWM信號)，為電機及功率變換控制提供了良好的控制功能，還兼有死區控制功能。本系統并沒有使用TMS320F2812全部外設接口，而只是使用其中的一小部分，如GPIO接口和EVA/EVB接口。由于采用可編程邏輯器件(FPGA)，使得DSP的硬件電路設計非常簡單。將DSP的數據總線、地址總線、讀寫控制線以及中斷信號線都引入到FP-GA中，根據特定的要求，在FPGA內完成時序和邏輯設計，如為TL16C654、AD7864提供地址選通信號等。由于電機的信號線、限位開關線數量很多，需要本系統的I/O口的數量較多，還需要在FPGA內完成擴展I/O口的功能。
2．2FPGA模塊
選用Cyclone系列FPGA中的EP1C12Q240C8作為整個系統的時序和邏輯控制核心，EP1C12Q240C8提供12060個邏輯單元(LE)和173個I/O口，可以內嵌4K的RAM。采用模塊化的設計思想，對FPGA設計進行模塊分解，FPGA需要擴展I/O口的功能，產生PWM調寬波信號，還需要為TL16C654和AD7864提供片選和讀寫信號等。TL16C654地址譯碼模塊:在FPGA內部，針對DSP的讀寫以及地址信號進行譯碼，為TL16C654提供讀寫信號以及片選等信號。AD7864地址譯碼模塊:對DSP的地址信號進行譯碼，為AD7864提供讀寫、片選以及通道選擇等信號。在設計FPGA時，采用VHDL開發語言，在Quar-tusII環境下開發程序。根據FPGA的設計框圖，在設計程序時采用模塊化的設計思想。每個模塊都獨立設計(即每個模塊都是一個文件)，最后建立一個頂層文件，將各個模塊有機地聯結起來。
2．3串行收發模塊
自動調焦系統與主控計算機通信時，必須要提供串行通信接口，這里采用TL16C654完成并行數據和串行數據之間的轉換?？刂破髟谂c其他分系統進行串行通信時，由TMS320F2812作為控制核心，間接控制TL16C654串行發送或接收。FPGA是DSP和TL16C654之間通信的橋梁，為TL16C654提供片選和讀寫信號。當TL16C654的接收FIFO滿等情況發生時，會產生中斷信號，FPGA對TL16C654的中斷信號組進行處理，然后向DSP發送中斷信號，并協助DSP得到TL16C654發出中斷的通道號。TL16C654在發送或接收數據時，可以采用中斷或查詢的工作方式。在控制器與外部進行串行通信時，TL16C654在接收時采用中斷方式，發送時采用查詢方式。
2．4模擬量采集模塊及數字溫度傳感器
模擬量采集選用美國模擬器件公司生產的AD7864模數轉換芯片，分辨率為12位，可實現4通道同時采樣。數字溫度傳感器采用型號DS18B20，DS18B20與微處理器連接時僅需要一條口線即可實現雙向通信，測量范圍:－55℃～+125℃，分辨率0．5℃。
2．5電機驅動器及執行電機
步進電機驅動采用UP－4HB01B步進驅動芯片。它把FPGA發出的脈沖信號轉化為步進電機的角位移，FPGA每發一個脈沖信號，驅動器就使步進電機旋轉一步距角，步進電機轉速與脈沖信號頻率成正比。該驅動芯片適用于四相六出頭混合式步進電機，單極恒壓驅動，四相八拍勵磁方式。執行電機選用常州微特電機廠生產的混合式步進機，型號為42BYG015，電機為混合式四相步進電機，按四相八拍方式工作，步距角為0．9°。
3結論
基于DSP的自動調焦系統，其控制電路采用模塊化設計，集成度高，外圍硬件電路簡單可靠，調焦精度高，調焦時間短。本系統經過在某型經緯儀近一年的使用，系統工作穩定可靠，操作簡便，對飛行目標跟蹤過程中成像清晰，滿足使用要求。
作者：劉廣哲 單位：91550部隊92分隊
