隨著計算機和信息技術(shù)的飛躍發(fā)展，使具有快速和高精度處理能力的DSP出現(xiàn)并廣泛應(yīng)用。本文設(shè)計了一種通過DSP實現(xiàn)對運動相機控制的系統(tǒng)，可以使常規(guī)方式無法進行的拍攝工作變得輕松，并能達到理想效果。實現(xiàn)了相機快速到達指定位置，進行5點拍攝，并確保拍攝到的圖像不失真。

　　1 系統(tǒng)原理

　　基于DSP的運動相機控制系統(tǒng)框圖如圖1所示。

　　圖1 基于DSP的運動相機控制系統(tǒng)框圖

　　DSP在GPIO的驅(qū)動下將輸入的指令進行處理，經(jīng)過光電耦合和功率放大后，驅(qū)動步進電機工作，步進電機和相機機架上的齒輪結(jié)構(gòu)連接，控制相機完成5點拍攝工作。

　　運動相機的控制原理如圖2所示。運動相機控制系統(tǒng)需要完成相機在某個時刻快速運動到指定位置1點，立即停止，對準(zhǔn)目標(biāo)拍照并保證圖像清晰，然后以同樣標(biāo)準(zhǔn)在位置2點、位置3點、位置4點、位置5點拍照，再按原路快速返回到位置1點，等待下一個拍攝周期的到來。

　　圖2 運動相機控制原理

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　在運動相機控制系統(tǒng)中，需要控制相機做“重復(fù)啟停”運動，即在某些時刻要求相機快速運動，在特定時刻迅速停止，并能保證停止時相機靜止不動，確保拍攝到的圖像不失真。因此要求所選電機應(yīng)易于啟停控制的同時，還要具有鎖定能力。本系統(tǒng)采用運動控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的步進電機作為執(zhí)行元件。

　　步 進電機是根據(jù)組合電磁鐵的理論設(shè)計的，是一種將有效電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的角位移或直線位移的開環(huán)控制元件。步進電機通過專用的電源把電脈沖信號按一定順 序供給定子各相控制繞組，在氣隙中產(chǎn)生類似于旋轉(zhuǎn)磁場的脈沖磁場，使每給步進電機加一個脈沖信號，步進電機就移動一步。步進電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決 于輸入脈沖信號的頻率和脈沖個數(shù)，不需要反饋信息和A/D轉(zhuǎn)換，能夠直接將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)化為可控角位移。步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差、可以在 相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)速、具有一定的自鎖能力和易于啟停控制等特點，非常適合運動相機控制系統(tǒng)。步進電機的控制系統(tǒng)如圖3所示。當(dāng)步進電機和負(fù)載已經(jīng)確定 之后，整個驅(qū)動系統(tǒng)的性能就完全取決于驅(qū)動電源和控制方法，步進電機驅(qū)動器由脈沖信號、信號分配、功率放大器幾部分組成。脈沖分配方式采用軟件脈沖分配，采用軟件進行脈沖分配不用改變硬件線路，只需修改軟件程序就能完成控制方案修改，不僅降低了成本，還提高了可靠性。

　　圖3 步進電機控制系統(tǒng)框圖

　　根 據(jù)電機所帶負(fù)載相機的動力學(xué)要求、控制相機掃拍過程中電機運動規(guī)律和相機曝光時間的關(guān)系，選擇使用ASM46AK-H100 的諧波減速步進電機。ASM46AK—H100步進電機減速比為1：100，最高分辨率設(shè)定為0.36（°）/脈沖，轉(zhuǎn)矩為5 N·m，最大轉(zhuǎn)矩為11 N·m，電源輸入電流為1.7 A，電源輸入電壓DC 24 V，最大輸入脈沖頻率為250 kHz（脈沖占空比50 時），速度/位置控制指令是脈沖序列輸入，容許速度范圍為0～24 r/min，能滿足CCD的要求。在過載保護、過壓保護、速度差異常保護、速度過快、EPROM 數(shù)據(jù)錯誤、傳感器異常、系統(tǒng)異常等保護功能工作時，輸出警報信號，電動機自然停止。

　　步進電機驅(qū)動器選擇配套的ASD18A- K驅(qū)動器，ASD18A-K驅(qū)動器提供控制用電源、轉(zhuǎn)速控制脈沖、運動方向控制脈沖、A相脈沖輸出、B相脈沖輸出、定時、警報、分辨率轉(zhuǎn)換和電流切換等電 氣接口。ASD18A-K驅(qū)動器可以通過功能轉(zhuǎn)換開關(guān)調(diào)節(jié)分辨率、脈沖輸入方式、電流大小，轉(zhuǎn)速大小等，合理選擇參數(shù)可以抑制低速運行時的振動，使啟動時 的動作更為平穩(wěn)。

　　DSP選擇高性價比且性能優(yōu)異的數(shù)字信號處理器TMS320LF2407，集成了A/D、PWM 發(fā)生器、光電編碼器、接口電路等片內(nèi)外設(shè)。具有豐富的片上資源，544 BDARAM，2 KB SARAM，32 KB FLASH，2個事件管理器（每個均包含2個16位的通用定時器、8個PWM 通道、3個捕獲單元）用于產(chǎn)生驅(qū)動電機的PWM 波形，16通道10位，轉(zhuǎn)換時間為500 ns的ADC模塊實現(xiàn)模擬控制量的A/D轉(zhuǎn)換、豐富的外部存儲器接口（192K×16 b：64 KB 的程序存儲器，64 KB 的數(shù)據(jù)存儲器、64 KB I/O實現(xiàn)DSP與鍵盤及液晶顯示光電耦合器起隔離和電壓轉(zhuǎn)換的作用）、看門狗模塊、CAN、SCI、多個GPIO、5個外部中斷、PLL等。非常高的運 算性能，最高可達40 MIPS，指令周期25 ns。具有豐富的開發(fā)資源，JTAG、CCS、完備的技術(shù)文檔支持、144 pin LQFP封裝。TMS320LF2407的I/O 輸出是3.3 V 的CMOS電平，采用245緩沖器轉(zhuǎn)換成TTL電平后驅(qū)動步進電機驅(qū)動器ASD18A-K，ASD18A-K完成細(xì)分、環(huán)形分配和功率驅(qū)動 。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　控制系統(tǒng)程序由主程序、子程序和中斷子程序組成，主程序完成系統(tǒng)初始化及各變量的初始化，子程序完成各控制面板的掃描，中斷子程序?qū)崿F(xiàn)控制面板上各參數(shù)設(shè)定的功能 。相機控制流程圖如圖4所示。

　　圖4 相機控制流程圖

　　由 于TMS320LF2407通過I/O 口和驅(qū)動器連接，需要對接口初始化定義，IOPC5被配置為基本功能方式；PWM3 IOPB2，IOPB5被配置為通用I/O 方式；IOPC5被配置為通用I/O方式；在步進電機驅(qū)動程序設(shè)計中，充分運用TMS320LF2407控制器的事件管理模塊。在 TMS32OLF2407中各有一個16位比較寄存器CMPRx（x=4、 5、6），每個比較寄存器各有兩個比較PWM 輸出引腳，產(chǎn)生3路PWM 輸出信號，控制電機轉(zhuǎn)速（位置），其輸出引腳極性將由控制寄存器（ACTR）的控制位來決定，根據(jù)需要選擇高電平或低電平作為開通信號。在PWM 后號調(diào)制中需要周期一定的載波，這時用到了定時器3，它以內(nèi)部CPU 時鐘作為輸人，工作于連續(xù)增/減計數(shù)模式下，產(chǎn)生PWM 脈沖輸出，產(chǎn)生的脈沖為一個環(huán)形可變脈沖，這時由T3PR定時周期下溢和上溢時產(chǎn)生中斷，刷新周期值，進行PWM 調(diào)整。

　　4 結(jié)語

　　本 文使用數(shù)字信號處理器TMS320LF2407通過驅(qū)動步進電機驅(qū)動器ASD18A-K，和嵌入式DSP控制程序來驅(qū)動ASM46AK-H100的諧波減 速步進電機以實現(xiàn)對運動相機的控制，通過實驗室模擬實驗、現(xiàn)場實際操作和數(shù)據(jù)測試，該控制系統(tǒng)的設(shè)計達到了預(yù)期的要求。