基于DSP處理器的紅外電視調(diào)焦控制器設(shè)計(jì)

摘要：本文以DSP為核心處理器，配合FPGA和外圍電路，設(shè)計(jì)了一套光電跟蹤測量系統(tǒng)紅外電視調(diào)焦控制器，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)目標(biāo)距離和環(huán)境溫度等參數(shù)對電視焦距進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。通過數(shù)據(jù)分析與實(shí)踐檢驗(yàn)，該系統(tǒng)能夠滿足紅外電視的調(diào)焦控制要求。

　　1.引言

　　隨著紅外成像技術(shù)的快速發(fā)展，紅外測量電視成為光電跟蹤系統(tǒng)的重要組成部分。紅外相機(jī)的自動(dòng)和連續(xù)調(diào)焦，是保證紅外電視成像質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)光電跟蹤系統(tǒng)高精度穩(wěn)定跟蹤的關(guān)鍵技術(shù)。一般來說，影響紅外電視成像的因素有很多，而目標(biāo)的距離和環(huán)境溫度等參數(shù)對成像質(zhì)量影響較大，如何根據(jù)目標(biāo)距離和環(huán)境溫度等影響目標(biāo)成像質(zhì)量的信息，實(shí)時(shí)調(diào)整相機(jī)的位置，從而獲得清晰的目標(biāo)圖像，需要進(jìn)行廣泛深入的研究，對實(shí)現(xiàn)紅外跟蹤測量系統(tǒng)穩(wěn)定高精度跟蹤測量功能具有重要意義。

　　2.調(diào)焦控制器的硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 總體結(jié)構(gòu)及原理

　　光電跟蹤測量系統(tǒng)調(diào)焦控制系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：接收綜合控制器的控制命令，實(shí)現(xiàn)紅外電視的變倍與調(diào)焦功能，兼具自檢功能和故障診斷能力，故障診斷到線路板。

　　系統(tǒng)采用基于DSP+FPGA的調(diào)光調(diào)焦控制器。該控制器的硬件原理框圖如圖1所示。

　　圖1 調(diào)光調(diào)焦控制器硬件框圖

　　其中DSP（TMS320F2812）作為調(diào)光調(diào)焦控制器核心。TMS320F2812是TI公司針對數(shù)字控制領(lǐng)域而推出的，它是目前控制領(lǐng)域最高性能的處理器，具有控制精度高、速度快、使用靈活以及集成度高等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化、光學(xué)網(wǎng)絡(luò)以及自動(dòng)化控制等領(lǐng)域。

　　系統(tǒng)選用Cyclone公司系列FPGA中的EP1C12Q240C8作為整個(gè)調(diào)光調(diào)焦控制器的時(shí)序和邏輯控制核心，EP1C12Q240C8提供12060個(gè)邏輯單元（LE）和173個(gè)I/O口，可以內(nèi)嵌4K的RAM.

　　應(yīng)用TMS320F2812全部外設(shè)接口的一部分，如GPIO接口和EVA/EVB接口。

　　采用可編程邏輯器件（FPGA），可以非常簡單的設(shè)計(jì)DSP的硬件電路。將DSP的數(shù)據(jù)總線、地址總線、讀寫控制線以及中斷信號(hào)線全部引入到FPGA中，根據(jù)特定的要求，在FPGA內(nèi)完成時(shí)序和邏輯設(shè)計(jì)。其中為TL16C554，AD7864提供地址選通信號(hào)，為光柵尺計(jì)算提供四倍頻鑒相和計(jì)數(shù)邏輯。

　　由于電機(jī)的信號(hào)線、限位開關(guān)線數(shù)量很多，需要本系統(tǒng)的I/O口的數(shù)量較多，可以在FPGA內(nèi)完成擴(kuò)展I/O口的功能。

　　2.2 FPGA的設(shè)計(jì)

　　FPGA內(nèi)部采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，對FPGA設(shè)計(jì)進(jìn)行模塊分解。主要包括，實(shí)現(xiàn)FPGA擴(kuò)展I/O口的功能，為TL16C554和AD7864提供片選和讀寫信號(hào)，提供四倍頻鑒相和計(jì)數(shù)邏輯計(jì)算光柵尺位置量。FPGA內(nèi)的功能模塊如圖2所示。