摘要：本文以DSP為核心處理器，配合FPGA和外圍電路，設計了一套光電跟蹤測量系統紅外電視調焦控制器，實現了根據目標距離和環境溫度等參數對電視焦距進行自動調整。通過數據分析與實踐檢驗，該系統能夠滿足紅外電視的調焦控制要求。

　　1.引言

　　隨著紅外成像技術的快速發展，紅外測量電視成為光電跟蹤系統的重要組成部分。紅外相機的自動和連續調焦，是保證紅外電視成像質量，實現光電跟蹤系統高精度穩定跟蹤的關鍵技術。一般來說，影響紅外電視成像的因素有很多，而目標的距離和環境溫度等參數對成像質量影響較大，如何根據目標距離和環境溫度等影響目標成像質量的信息，實時調整相機的位置，從而獲得清晰的目標圖像，需要進行廣泛深入的研究，對實現紅外跟蹤測量系統穩定高精度跟蹤測量功能具有重要意義。

　　2.調焦控制器的硬件設計

　　2.1 總體結構及原理

　　光電跟蹤測量系統調焦控制系統要實現的功能主要包括：接收綜合控制器的控制命令，實現紅外電視的變倍與調焦功能，兼具自檢功能和故障診斷能力，故障診斷到線路板。

　　系統采用基于DSP+FPGA的調光調焦控制器。該控制器的硬件原理框圖如圖1所示。

　　圖1 調光調焦控制器硬件框圖

　　其中DSP（TMS320F2812）作為調光調焦控制器核心。TMS320F2812是TI公司針對數字控制領域而推出的，它是目前控制領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。

　　系統選用Cyclone公司系列FPGA中的EP1C12Q240C8作為整個調光調焦控制器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.

　　應用TMS320F2812全部外設接口的一部分，如GPIO接口和EVA/EVB接口。

　　采用可編程邏輯器件（FPGA），可以非常簡單的設計DSP的硬件電路。將DSP的數據總線、地址總線、讀寫控制線以及中斷信號線全部引入到FPGA中，根據特定的要求，在FPGA內完成時序和邏輯設計。其中為TL16C554，AD7864提供地址選通信號，為光柵尺計算提供四倍頻鑒相和計數邏輯。

　　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，可以在FPGA內完成擴展I/O口的功能。

　　2.2 FPGA的設計

　　FPGA內部采用模塊化的設計思想，對FPGA設計進行模塊分解。主要包括，實現FPGA擴展I/O口的功能，為TL16C554和AD7864提供片選和讀寫信號，提供四倍頻鑒相和計數邏輯計算光柵尺位置量。FPGA內的功能模塊如圖2所示。

　　TL16C554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TL16C554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。

　　光柵尺邏輯計算模塊：光柵尺輸出兩路正交的方波信號A、B和零位信號Z輸入到FPGA中，在FPGA中實現對A、B信號的倍頻及鑒相功能，然后通過16位計數器和鎖存器與DSP相連，通過讀取計數器的數值可得到光柵尺的位置數值，系統框圖如圖3所示。