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1、 TI杯电子设计大赛-设计论文所用TI公司（德州仪器Texas Instruments）元器件清单：TMS320LF2407AOPA2340PATPS5430DDATPS5433IDRTLC5510SN74LVC4245 摘 要本设计采用TI公司（德州仪器Texas Instruments）DSP-TMS320LF2407A单片机作为控制核心，主要包括电源模块、无线模块、摄像头图像采集模块、液晶显示模块和语音模块电路组成。由双舵机控制激光枪；利用CCD摄像头作为传感器，通过采集图像识别灰度识别激光枪弹着点，并将信息传输到MC9S12XS128中；MC9S12XS128与TMS320LF2407
2、A通过无线进行通信，DPS主控制器通过通信接口完成寻迹、语音播报环数和方位、液晶显示环数及位置。其中可以通过键盘控制激光打靶，并且可以自动控制激光枪实现自动打靶。实验表明该系统基本达到了设计的各项要求。 关键词： 自动 射击 识别 智能 ABSTRACTThis design uses TI (Texas Instruments Texas Instruments) DSP - TMS320LF2407A MCU as control center, including the power supply module, wireless module, camera, image acquis
3、ition module, LCD module, and voice module circuit. Controlled by the dual steering gears laser guns; CCD camera as a sensor, through the acquisition of image recognition grayscale identify the point of impact of the laser gun, and the transmission of information to MC9S12XS128; MC9S12XS128 and TMS3
4、20LF2407A by the wireless to communicate to complete the look for the DPS host controller via the communication interface tracks, voice broadcast, ring the number and orientation, LCD ring the number and location. Which can be controlled through the keyboard with laser targeting, and can automatical
5、ly control the laser guns to automatic shooting. Experiments show that the system has basically reached the requirements of the design.KEY WORDS : automatic shooting distinguish capacity1. 方案设计1.1 总体方案论证与比较1.1.1核心控制电路的论证与选择方案一：FPGA系统实现采用数字电路系统进行逻辑分析，其具有多进程，实时性高，响应触发信号快等优点，可以由目前比较主流的FPGA实现。通过VHDL语言编程
6、，配置FPGA内部逻辑门资源可以实现该设计的逻辑要求关系。但使用FPGA具有编程复杂和电路复杂的缺点。方案二：DSP技术实现该方案基于TMS320LF2407A设计，运用DSP技术，通过摄像头采集光源进行图像分析。其为TI公司(德州仪器Texas Instruments)推出的一款定点DSP控制器。其负责整个系统的控制，包括按键扫描，LCD显示驱动，外置DAC，ADC驱动，大量数据处理等。它采用了高性能静态CMOS技术，减小了控制器的功耗；40MIPS的执行速度提高了控制器的实时控制能力；集成了32KB的Flash程序存储器，高达1.5KB的数据/程序RAM，544B双口RAM（DRAM）和2
7、KB的单口RAM（SARAM）。TMS320LF2407A芯片集成了16通道10位500ns的高性A/D转换器；CAN2.0模块；串行通信接口（SCI）模块，16位SPI（串行外部设备接口）模块，WD（看门狗）定时器模块，基于PLL（锁相环）的时钟发生器，高达41个可单独编程和复用的GPIO（通用输入/输出）引脚，5个外部中断（2个驱动保护、复位和2个可屏蔽中断），电源管理具有3种低功耗模式等。数字信号处理器(DSP)技术的发展为先进控制理论以及复杂控制算法的实现提供了有力的支持。由于DSP采用了多总线的哈佛结构、专用的硬件乘法器(一个周期内完成乘法和加法两种运算)、多级流水线操作和专用的DS
8、P指令等方法使其获得了高速并行处理能力，能够实时地完成复杂的控制算法，所以，DSP已成为高性能处理器的首选器件。因TI公司(德州仪器Texas Instruments)推出的DSP控制器简化了外部控制电路，可靠性高，速度快、精度高，所以选第三方案。1.1.2摄像头选择方案方案一：采用CMOS摄像头结构相对简单，与现有的大规模集成电路生产工艺相同，但是CMOS信号时以点为单元的电荷信号，成像效果略有逊色。方案二：采用CCD摄像头其一般应用于高档数码设备中，比CMOS成像效果好，颜色还原分辨率高，是以行为单位的电流信号，其更为精确。通过比较，选择方案二。1.2选用芯片理由及介绍本设计中使用的主要器
9、件为TI公司（德州仪器Texas Instruments）制造，分别为单电源双路CMOS运放OPA2340PA、开关电源芯片降压转换器TPS5430DDA、TPS5433IDR、A/D芯片TLC5510、CMOS八路总线收发器和位移器 SN74LVC42451.2.1 TPS5430DDA：名称：TI公司（德州仪器Texas Instruments）开关电源芯片作用：为系统提供3.3V电压。特点：此具有5.5V-36V宽输入电压范围，高达3A连续（4A峰值）输出电流。高效率，可达95%，最低输出为1.2V。内部置有慢启动电路，以实现过流保护，还设有电压反馈电路，以改善瞬态响应。并有固定500K
10、的开关速率。1.2.2 TPS5433IDR：名称：TI公司（德州仪器Texas Instruments）非同步降压转换器作用：为系统提供5V电压。特点：具有3.5V-28V输入电压范围，可调输出电压低至0.8V，支持最大3A电流输出，高效率，具有固定570KHZ开关频率，具有过压瞬态保护、限流保护。1.2.3 OPA2340PA：名称：TI公司（德州仪器Texas Instruments）单电源双路CMOS运放作用：制作电压跟随器。特点：轨对轨输入，轨对轨输出，并高速运转。宽带为5.5MHZ，高压摆率为6V/us。2.7V to 5.5V单电源供电，输出电压摆幅在1mv,具有良好的动态响应。
11、1.2.4 MC34063A：名称：升压转换器作用：为系统提供12V电压。特点：是一个含有所需的初级功能的控制电路DC-to-DC转换器.其在3V-40V输入电压下工作，工作频率也从100HZ达100KHZ,该装置由内部温度补偿参考,最大电流可达1.6A。1.2.5 TLC5510名称：TI公司（美国德州仪器Texas Instruments）A/D芯片作用：模数转换特点：它是一种采用CMOS工艺制造的8位高阻抗并行A/D芯片，可提供最小采样率为20Msps的。由于TLC5510采用了半闪速结构及CMOS工艺，因而大大减少了器件比较器的数量，而且在高速转换的同时能够保持较低的功耗。1.2.6
12、LM1881名称：视频同步分离器作用：可以从摄像头的视频信号中分离出行同步、场同步信号、奇偶场信号等特点：AC耦合的复合输入信号，具有复合同步和垂直输出，水平扫描率150Khz,边沿触发。1.2.7 SN74LVC4245名称：CMOS八路总线收发器和位移器作用：将3.3V信号转为5V信号，控制舵机。给激光供电。特点：采用先进的双金属LVC4245的0.5微米CMOS技术，其同相总线包含两个独立的供电轨，高输出驱动，使其信号从3.3V环境翻译到5V环境。2. 单元电路设计2.1 系统框图本系统主要由电源模块、激光发射模块、图像采集模块、控制电路模块、键盘模块、舵机模块、无线传输模块、液晶显示模
13、块，语音模块组成。DSP主控制机舵机模块键盘模块激光模块飞思卡尔芯片图像采集液 晶显示器语音模块无线传输图2-1.系统框图2.2 单元电路设计2.2.1 电源模块本电源模块首选由TI（美国德州仪器公司）推出的开关电源转换芯片，以达到高效、稳定的特点。 TPS5430DDA稳压芯片向DSP主控制器和液晶显示屏供电，DSP主控制器通过SN74LVC4245升压至5V给激光枪供电；用MC34063升压到12V给摄像头供电；采用TPS54331DR升压至5V飞思卡尔主控芯片和舵机供电。这样分配的电源主要是考虑到了不同模块工作时对电源要求的不同，分配图如下：电池电压SSN74LVC42455V摄像头激光
14、枪舵机MC9S12XS128(飞思卡尔主控芯片)DSP主控制器 液晶 显示屏3.3VTPS54331DRMC34063TPS5430DDA5V12V图2-2.电源分配供给图1. TPS5430输出3.3V电压图2-3.TPS5430输出3.3V电压2. TPS5433IDR为提供5V电压图2-4.TPS5433IDR输出5V电压3. MAX34063升压转换，输出12V图2-5.34063A输出12V电压2.2.2 激光发射模块将激光笔改造成激光枪，并把它固定在双舵机上，与DSP主控制器相连。当DSP主控制器给激光枪所接I/O口置高电平时，激光枪发射出激光；当DSP主控制器给激光枪所接I/O口
15、置低电平时，激光枪关闭，停止发射激光。2.2.3 图像采集模块1. CCD摄像头的选取本方案选取了CCD摄像头作为传感器，CCD摄像头分为黑白和彩色，由于彩色摄像头的输出信号比较复杂，不易采集处理，所以本方案采用黑白摄像头，通过识别灰度值来识别激光枪的弹着点，找出胸环靶上的位置。表2-1 摄像头参数表摄像头型号JD13SOB影响制式PAL/NTSC像素PAL：537（H） 597(V)NTSC：537（H） 505（V）同步方式内置同步水平解析度380TV线信噪比48dB(AGC OFF)电子快门1/50(1/60)-1/10000s背景光补偿自动视频输出1.0Vp-p0.25电源DC-12V25% (60mA20mA)图2-6 CCD外观同时，为了得到更好的视频信号，可以将一个电阻串入信号线以得到更高信噪比信号。
