机械部分中目标实时位置信号发生源采用四象限探测器对目标进行定位，并输出包含
目标位置信息的

4 路电信号，电机传动跟踪定位则是根据四路位置信号来驱动探测器所在

的定位面板对目标进行搜索和锁定。机械部分将探测和定位集为一体，目标可见即可识，电
机 与 定 位 面 板 的 传 动 以 角 位 移 为 变 量 进 行 快 速 方 便 的 传 动 。 系 统 电 路 设 计 部 分 中
MSP430F169 片内集成了多个功能模块。

　　本设计利用其作为处理核心，其片内

A/D 模块实现模拟信号与数字信号的转换。一方

面

Timer 对时钟进行分频从而提高时钟频率，使 A/D 获得更快的采样率或转换速度，以保

证

A/D 转换的精度；另一方面 Timer 的输出端单元可作为 PWM 信号发生器根据片内编程

进行

PID 高速运算处理所得结果产生 PWM 输出控制信号，设置简单方便简化了电路的设

计，进而降低了系统设计的复杂性。接收前端的位置信号使用低偏置，高精密度放大器对信
号进行调整，利用滤波器对位置信号进行优化，以满足更好的精度和定位要求。在控制信号
输出端采用现有的电机驱动芯片确保电机的稳定运行。基于总体设计方案，本文将其划分为
4 个不同但又彼此相互作用的 4 个方面来实现该研究。具体包括硬件电路设计、机械模拟模
型设计、

PID 算法设计以及软件编程。

2 硬件模块设计

　　

2.1 硬件电路设计原理

　　依据总体设计方案，硬件电路主要由电源模块、四象限信号放大处理模块、系统控制模
块、电机驱动模块以及相关辅助模块构成（见图

2）。

　　四象限探测器可探测波长范围（

380~1 100 nm），其原理是将光照强度转换为电流信

号。但由于其输出电流信号较小，四象限探测器的预处理模块电路实现将电流信号经放大和
运算处理，并将电流转化为单片机

A/D 能够采集到电压范围 0~2.5 V.采样的数字信号经单

片机内的数字滤波和算法的运算，进而控制

PWM 波的占空比来调节电机的速度。