當(dāng)攝影鏡頭拍攝運動的物體時，如果運動軌跡已知，攝影鏡頭必須對焦距進行調(diào)節(jié)，從而調(diào)整目標(biāo)的像點的位置，使得目標(biāo)始終位于焦點上，達到實時拍攝的目標(biāo)，傳統(tǒng)變焦大多是利用機械裝置完成的，比如凸輪機構(gòu)，齒條機構(gòu);但是由于機械加工工藝復(fù)雜，其精度、平穩(wěn)性和靈活性都難以滿足要求，為此本系統(tǒng)利用步 進電機帶動攝像機完成變焦，由于步進點機精確地按照步進角轉(zhuǎn)動，并且由DSP進行控制，從而滿足了以上機械裝置無法完成地性能要求。實驗結(jié)果表明，本系統(tǒng) 調(diào)焦曲線與理想曲線擬合度較好，拍攝已知運動軌跡的目標(biāo)，達到了滿意效果。
　　1 調(diào)焦系統(tǒng)設(shè)計思想
　　在光學(xué)系統(tǒng)中，采用一組物鏡，調(diào)節(jié)軸向位移，物鏡光學(xué)系統(tǒng)物象關(guān)系是：
　　X′=f2 / X
　　其中 X′—— 像距（目標(biāo)像平面到主焦平面的距離）;
　　X —— 物距（目標(biāo)距離）;
　　f —— 光學(xué)系統(tǒng)焦距 f=常量，像距X′與物距X成反比關(guān)系。
　　利用已知的攝影調(diào)焦曲線確定步進電機轉(zhuǎn)動所需的步數(shù)和時間坐標(biāo)關(guān)系，存入F240數(shù)據(jù)存儲器中，利用F240運算速度快、片載FLASH存儲器大 （16K字）的特點，準確控制步進電機控制器驅(qū)動步進電機運轉(zhuǎn)，通過機械裝置實現(xiàn)攝影鏡頭焦距按照規(guī)定的曲線變化，從而實現(xiàn)實時拍攝運動物體的功能。
　　2 硬件設(shè)計部分
　　2.1步進驅(qū)動器UP-4HB03M簡介
　　UP-4HB03M是北京聯(lián)太工貿(mào)有限公司生產(chǎn)的專用步進電機驅(qū)動器，4HBO3M適用于兩相六出頭混合式及四相混合式步進電機，PWM恒流控制方 式;可選擇半步（四相八拍）或者16細分兩種工作方式;驅(qū)動電流為0.3A連續(xù)可調(diào)，并且具有自動半流鎖定功能;脫機控制及其相位檢測功能;所有控制信號 與功率驅(qū)動部分光電隔離;散熱外殼與驅(qū)動器內(nèi)部完全電絕緣。
　　2.2 TMS320F240簡介
　　TMS320F240（以下簡稱F240）由DSP內(nèi)核和片內(nèi)外設(shè)組成。由于DSP內(nèi)核具有較快的計算和響應(yīng)處理速度，可以應(yīng)付高速應(yīng)用的要 求，同時也為控制軟件的設(shè)計提供了更加有力的支持，使控制系統(tǒng)能夠完成更加復(fù)雜的功能、實現(xiàn)更好的控制效果。同時TMS320F240具有豐富的片內(nèi)外 設(shè)，包括16路10位A/D轉(zhuǎn)換器、多個可編程的多路復(fù)用I/O引腳、硬件UART以及SPI總線等。特別是TMS320F240片內(nèi)設(shè)置了一個事件管理 器（EPA），可以提供6路全比較PWM通道，能方便地實現(xiàn)各種PWM波形的發(fā)生。這里使用F240主要是考慮F240速度快以及有豐富的I/O引腳資 源;程序燒寫方便，利于更新曲線坐標(biāo)以及修改程序;性價比較高等因素。
　　2.3 硬件設(shè)計
　　本系統(tǒng)的硬件接口電路如圖1所示，74ls14為反相器，接到DSP的I/O口以提高其驅(qū)動能力，CH1是一個八腳的插頭，用于外接步進機的各項繞 組。步進電機以及攝影鏡頭部分從略。工作過程如下：首先獲得攝影調(diào)焦曲線，利用MATLAB軟件，得出時間位移坐標(biāo)，再換算成步進電機轉(zhuǎn)動所需的步數(shù)時間 坐標(biāo)，以數(shù)組的行式保存下來。在F240的數(shù)據(jù)存儲器中開辟空間存儲步數(shù)時間數(shù)組，利用F240定時器完成計時，I/O口輸出相應(yīng)寬度的脈沖信號，驅(qū)動步 進電機驅(qū)動器UP-4HB03M，其中CP為步進脈沖輸入端;FREE為脫機端，高電平有效，F(xiàn)REE=1時，電機處于釋放狀態(tài);V/D為方向控制端，高 低電平分別控制電機正反轉(zhuǎn)。
　　
　　圖1 硬件接口電路圖
　　3 軟件設(shè)計：
　　由于電機的運行和轉(zhuǎn)動步數(shù)以及兩步之間間隔時間有關(guān)系，故采用計時器計時的方法來計算時間，F(xiàn)240初始化程序如下：
　　void Initcpu（void） //初始化F240程序
　　{ *WDCR=0x6f; // 禁止自帶的看門狗功能;
　　*CKCR1=0x69; // 外部輸入晶振為20MHZ，F(xiàn)240工作在20MHZ;
　　*CKCR0=0xc3; // 系統(tǒng)時鐘為10MHZ;
　　*SYSCR=0x4000; } // F240輸出頻率CLKOUT=IOPC1（I/O管腳）;
　　F240初始化后，計時器的基本計時時間為0.1？s，考慮到F240定時器是16位計數(shù)器，這難以滿足計算長時間的需求，所以采用通過計算進入定時器中斷的次數(shù)來計算長時間的方法。例如設(shè)置定時器周期寄存器值為800即*T1PR=800，那么進一次定時器中斷時間為800*0.1= 80？s如果計時為1s的話，則只需進12500次中斷即可，以此類推;故定義的數(shù)組內(nèi)容表示如下：
　　int table［ ］= { 25，800，255， //第1行
　　。 . 。 . 。 . } //第n行