全国大学生电子设计竞赛 2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛
有一个45°的超前相位，其贡献了45°相位裕量（假定fp和fz至少相距一个十倍频程）。等式1和等式2在理论上计算了最佳CF值。
(1)
(2)
最终经过理论与实际电路测试结合，取CF为0.1uf，RF为2M。
四、电路与程序设计
4.1系统的硬件设计
4.1.1微处理和微控制系统单片机
MSP430在中国大学已经得到广泛的应用，而且我们也看到在中国大学里MSP430 已经不仅仅是以超低功耗单片机的形式出现在，更多时候它是作为传统51 单片机的升级和替换产品出现在小车控制，人机界面甚至信号处理的场合中。总的来说，MSP430 拥有超低功耗、丰富的模拟和数字接口、简单易用等众多突出的优势。对此，我们选用了MSP430F4270作为整个系统的监测和控制核心。
4.1.2电机类型选择
水平旋转控制电机：（电机1）
由于控制感光系统水平运转的电机负载较重，所以所需的动力更大，我们采用动力更大的步进电机。
垂直旋转控制电机：（电机2）
采用28BYJ48A步进电机，步进电机能很好地控制电机的旋转角度，方便控制电机的转停，实现电机自锁功能。
4.1.3系统供电电源设计
电源电压经稳压芯片Lm7805 、Lm7905、 Lm7812和Lm7912分别稳压到+5V 和+12V后提供给系统各个单元电路模块供电。
系统供电电源电路图见附录一
南京师范大学中北学院 樊华 沈洁 姚文涵 第 11 页 共 21 页
全国大学生电子设计竞赛 2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛
4.1.4点光源LED亮度可调电路
具体电路分析与计算详见3.1 电路图见附录一
4.1.5 光电跟踪系统前置放大电路（跨阻放大器）
具体电路分析与计算详见3.2 电路图见附录三
4.1.6步进电机驱动电路
由于步进电动机启动瞬间所需要的电流较大，要求步进电机所以必须要有相应的驱动模块驱动步进电机运转。
水平旋转控制电机驱动模块：（电机1）
我们采用QDQ-242二相混合式步进电机细分驱动，该驱动器采用原装进口模块，实现高频斩波，恒流驱动，具有很强的抗干扰性、高频性能好、启动频率高、控制信号与内部信号实现光电隔离、电流可选、结构简单、运行平稳、可靠性好、噪声小等特点，保证此步进电机控制感光系统能够水平旋转。两步进电机配合就能够实现光源跟踪系统对光源目标的跟踪。
垂直旋转控制电机驱动模块：（电机2）
我们采用一片ULN2003芯片驱动此步进电机（28BYJ48A步进电机），保证此步进电机控制感光系统能够垂直旋转。
具体电路图见附录五。
4.1.7 机械部分的设计
本系统对机械部分设计要求较高，机械结构必须非常稳固，稍有晃动便会对光源的跟踪带来极大的干扰。
具体机械部分详见附录七。
南京师范大学中北学院 樊华 沈洁 姚文涵 第 12 页 共 21 页
全国大学生电子设计竞赛 2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛
4.1.8系统总体硬件电路框图
点光源（1W 电流可调LED灯） 电源管理模块稳压，滤波 光源检测系统（硅光电池传感器、激光笔） 前置放大电路（I-V转换电路） 电机驱动装置 四路信号采集（AD转换TLV1544） MCU（超低功耗单片机MSP430F4270） 步进电机转动控制 4.2系统的软件设计
作为系统的核心模块，系统的性能和参数与处理控制部分的结构与流程密切相关。由软件编程可实现机械装置的数字化控制，外部信号的数字输入量通过一定的算法求出相关的输出控制信号的数字量，然后驱动机械装置，这是数字控制的主要原理。
4.2.1 软件设计总体思想
AD部分采集硅光电池产生的两路信号由单片机接收进行比较，将比较结果作为步进电机下一次的转动量。通过不断地采样、运算、电机转动，再采样，从而实现光源跟踪系统对光源的自动跟踪功能。软件流程图如下图所示。
4.2.2 系统软件结构设计框图
南京师范大学中北学院 樊华 沈洁 姚文涵 第 13 页 共 21 页
全国大学生电子设计竞赛 2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛
开始 初始化 比较TLV1544的A0、A1路有效信号（具体表现为电压值） A0通道电压大于A1通道电压 Y 电机1正转 N 电机1反转 A0、A1通道电压差小于某一设定值 N Y 电机1停转 比较TLV1544的A2、A3路有效信号（具体表现为电压值） A0通道电压大于A1通道电压 Y 电机1正转 N 电机1反转 A2、A3通道电压差小于某一设定值 N Y 电机2停转（定位于光源） 结 束 南京师范大学中北学院 樊华 沈洁 姚文涵 第 14 页 共 21 页
全国大学生电子设计竞赛 2010年TI杯模拟电子系统专题邀请赛
五、测试方案、结果及分析
? 光敏器件不同距离时的采样电压
测试示意图：
光源位置2
光源位置1 光源位置3
光源位置4
光源位置5 1 2 3 0 -1 -2 -3
光敏元件 硅光电池1 硅光电池2 硅光电池3 硅光电池4
测试参数：（参数仅为当时测试环境下所得） 0号位 1号位 2号位 3号位 -1号位 -2号位 -3号位 256.3mv 234.5mv 219.5mv 187.8mv 233.7mv 220.7mv 189.3mv 256.7mv 246.7mv 227.4mv 201.3mv 245.5mv 226.8mv 200.4mv 255.8mv 233.9mv 217.9mv 179.5mv 234.8mv 213.3mv 174.7mv 255.4mv 246.5mv 224.7mv 192.6mv 244.9mv 220.7mv 196.1mv 南京师范大学中北学院 樊华 沈洁 姚文涵 第 15 页 共 21 页