電路板狂人的鎮(zhèn)宅之寶

　　上面兩個(gè)板子是我業(yè)余時(shí)間幫一個(gè)研究生朋友設(shè)計(jì)的。前面一個(gè)主要是圖像采集和壓縮，然后經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸，后面的增加了NAND FLASH存儲(chǔ)和CMOS傳感器接口。

CMOS傳感器視頻采集板

　　這個(gè)CMOS傳感器板是 2010年初做的，配合前面的DM642板完成了CMOS圖像的采集。傳感器選用MICRON的MT9V032。該傳感器具有全局曝光功能，可以拍攝快速 運(yùn)動(dòng)的物體，不會(huì)像逐行曝光傳感器那樣存在運(yùn)動(dòng)物體傾斜。經(jīng)過(guò)對(duì)比，這顆傳感器在暗光線時(shí)性能超過(guò)一般的CCD傳感器。

TMS320F2812電機(jī)控制+字符疊加板

　　這個(gè)是我2007年做的高 速球轉(zhuǎn)臺(tái)控制板，完全更改了以前基于雙51單片機(jī)的設(shè)計(jì)方案。雖然從51平臺(tái)升級(jí)到DSP平臺(tái)，但整體成本沒(méi)有明顯的增加。利用一片DSP代替了兩片 51，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化;利用DSP的SPI、PWM配合一個(gè)LM2903比較器和一個(gè)模擬切換芯片實(shí)現(xiàn)了中文菜單疊加，省去了一顆日產(chǎn)OSD疊加芯片;電機(jī)控制采用新的單顆DMOS工藝美產(chǎn)芯片，替換了兩顆日產(chǎn)電機(jī)控制芯片;使用DSP的PWM加阻容濾波實(shí)現(xiàn)了4路DA，用來(lái)控制電機(jī)電流，省掉了一顆4通 道DA。重新設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)控制算法和加減速方案，并且針對(duì)實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)正余弦進(jìn)行了補(bǔ)償。

　　第一版硬件沒(méi)有做任何修改 實(shí)現(xiàn)了所有功能。通訊和菜單部分代碼是由另一位軟件工程師編寫(xiě)外，其余系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)及軟硬件設(shè)計(jì)由我完成。新方案達(dá)到128細(xì)分，加入了正余弦補(bǔ)償，轉(zhuǎn)臺(tái) 低速可達(dá)0.1度/秒，運(yùn)轉(zhuǎn)平滑順暢。驗(yàn)證轉(zhuǎn)臺(tái)最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到480度/秒，通過(guò)軟件設(shè)置增加電流后可以進(jìn)一步提高電機(jī)的轉(zhuǎn)速和加速度。配合專門(mén)訂做的步 進(jìn)電機(jī)，優(yōu)化后的加速方案使得球機(jī)在低于原功耗30%的情況下轉(zhuǎn)速提高了50%，從停止加速到最高速只需0.33秒，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)聲音非常低，控制板和電機(jī) 的發(fā)熱量也比原先減小了很多。另外，除個(gè)別函數(shù)使用匯編外，都改用了C代碼，使電機(jī)控制程序?qū)?lái)可以在不同的平臺(tái)上移植，也易于與其它控制程序接口。

　　期間我用EXCEL重新制 作了加速表格，主要依托于電機(jī)功率來(lái)自動(dòng)完成加速表格數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)，生成DSP中控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所需的所有數(shù)據(jù)。另外，還會(huì)伴隨參數(shù)調(diào)整自動(dòng)生成加速曲線圖，可 以直觀的看出電機(jī)加速過(guò)程，并有助于分析其中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。避免出現(xiàn)某些特殊點(diǎn)或段存在加速功率需求過(guò)高而導(dǎo)致丟步的現(xiàn)象。

300度/秒加速曲線圖

　　這個(gè)圖便是大家常稱的S加速曲線，前段緩慢加速是防抖動(dòng)和避免頓挫感，后段則主要是等功率升速曲線。圖中只取到了300度/秒，可以通過(guò)在EXCEL表格中向下拖拉填充自動(dòng)生成后面的數(shù)據(jù)。

中文菜單疊加效果

　　這個(gè)是菜單疊加效果。通過(guò)LM2903比較器提取復(fù)合同步脈沖，判斷到行同步后使用SPI的16字的FIFO完成每行256點(diǎn)的疊加點(diǎn)位輸出，PWM+阻容濾波實(shí)現(xiàn)疊加電平控制。

球機(jī)裝配效果圖

　　08年公司被收購(gòu)，我們部 門(mén)遷到江蘇，在江蘇近一年的時(shí)間進(jìn)一步完善了基于F2812的高速球。其實(shí)在設(shè)計(jì)這個(gè)方案的時(shí)候是瞄準(zhǔn)了TI當(dāng)時(shí)還沒(méi)有推出的TMS320F28027這 一系列，看TI的宣傳以及提前發(fā)布的芯片資料，這顆芯片批量?jī)r(jià)格應(yīng)該可以在20元以內(nèi)，性能和功能可以滿足我們的設(shè)計(jì)需求，只要芯片一出來(lái)，馬上就可以把 F2812上的程序移植過(guò)去。這樣，整體的成本會(huì)往下降一大截，體積也可以小很多，控制板大致可以做到火柴盒的大小。后來(lái)公司做基于DM6437的智能高 速球，除智能算法外，還剩余一些運(yùn)算資源。我便把F2812里的電機(jī)控制算法移植到了DM6437里。在單一芯片里集成了智能分析和電機(jī)控制，使系統(tǒng)得到 了很大簡(jiǎn)化。

　　移植完成后我便離開(kāi)江蘇回到北京。一直到離職前一兩周才得到TI的TMS320F28027樣片。當(dāng)時(shí)想有時(shí)間的話可以把它用起來(lái)，并且把電機(jī)控制算法改一下，使它適用于自動(dòng)跟蹤平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)平滑跟蹤?？墒蔷拖衩\(yùn)捉弄一樣，一直到今天都沒(méi)有閑下來(lái)過(guò)，時(shí)間都被這樣那樣的事給擠滿了，就連周六日也都像有導(dǎo)演 精心安排的一樣塞滿雜事。

　　關(guān)于電機(jī)控制，我寫(xiě)過(guò)一個(gè) PPT文檔《步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制原理及仿真分析》，并將其共享到網(wǎng)絡(luò)上。其中分析了步進(jìn)電機(jī)細(xì)分控制原理，以及其中存在的問(wèn)題和需要注意的地方。并且利用 MULTISIM建立了驅(qū)動(dòng)電路仿真模型，針對(duì)各點(diǎn)電壓和電流仿真波形進(jìn)行了分析。以供別人借鑒參考，希望那些對(duì)電機(jī)控制感興趣的朋友能夠快速入門(mén)并且了解步進(jìn)電機(jī)控制的關(guān)鍵所在。電機(jī)控制是一門(mén)看似簡(jiǎn)單實(shí)際有著自己完整理論體系的科學(xué)，三年前，我在江蘇一個(gè)二線城市拿到13.5K的工資，主要靠的就是步進(jìn)電機(jī)控制。實(shí)際上，對(duì)于真正的電機(jī)控制來(lái)說(shuō)，我也就是剛了解了步進(jìn)電機(jī)控制里的一些皮毛。電機(jī)控制這方面還是很缺少能深入的人才的。

基于FPGA的圖形疊加板(正面)

基于FPGA的圖形疊加板(反面)

　　上面的圖形疊加板是我09 年做的一個(gè)項(xiàng)目。當(dāng)時(shí)從江蘇回到北京有三個(gè)月沒(méi)有上班，就在大興一所民宅蝸居了三個(gè)月做這個(gè)東東。因?yàn)轫?xiàng)目要求體積很小，而且又要3個(gè)串口，對(duì)疊加質(zhì)量和 分辨率又要求很高。最后只能用FPGA內(nèi)嵌軟核的方式才能實(shí)現(xiàn)。用ARM或DSP都無(wú)法完美滿足所有要求。

　　因?yàn)榍懊娼佑|過(guò)CPLD，也有一些邏輯方面的基礎(chǔ)， 3個(gè)月期間邊學(xué)邊試，還算順利的完成了所有的硬件和軟件設(shè)計(jì)。第一次使用軟核之后就深深的喜歡上了這架構(gòu)，強(qiáng)大的性能和獨(dú)有的靈活性讓人禁不住用過(guò)一次就會(huì)愛(ài)上它。