細分驅動電源定義

細分驅動電源步進電動機的運轉方式是步進式運動，即毎給電動機一相繞組或幾相繞組一個脈沖電壓,步進電動機就旋轉一步。前述的各種驅動電源,都是按電動機工作方式輪流給各相繞組供電,毎換一次相,電動機就轉動一步,即每拍電動機轉動一個步距角。如果在一拍中,通電相的電流不是一次達到最大值,而是分成多次,每次使繞組電流增加一些。每次增加,都使轉子轉過一小步。同樣,繞組電流的下降也是分多次完成。這樣步進電動機原來的一個步距,便分成許多微步運動來完成,即實現(xiàn)了步距的細分。這樣使步進電動機的分辨力得以提高,運動更加平穩(wěn),振動減小,噪聲降低,且不易失步。要實現(xiàn)細分,需將繞組中的矩形電流波變成階梯形電流波。階梯波控制信號可由很多方法產(chǎn)生,如圖1所示為一種恒頻脈寬調制細分驅動電源。

細分驅動電源驅動放大電路

驅動放大電路的功能是將環(huán)形分配器發(fā)出的TTL電平信號放大到幾安培的電流,送至步進電動機的各相繞組。驅動放大電路的控制方式種類較多,常使用單電壓驅動、高低壓切換驅動、恒流斬波、調頻調壓等驅動電路,所采用的功率半導體元件可以是大功率晶體管GTR,也可以是功率場效應管 MOSFET或可關斷晶閘管GTO。

細分驅動電源恒流斬波驅動電源

恒流斬波驅動電源也稱定電流驅動電源，或稱波頂補償控制驅動電源。這種動電源的控制原理是隨時檢測繞組的電流值，當繞組電流值下降到下限設定值時，便使高壓功率管導通，使繞組電流上升；當繞組電流值上升到上限設定值時，便關斷高壓管。這樣，在一個步進周期內，高壓管多次通斷，使繞組電流在上、下限之間波動，接近恒定值，提高了繞組電流的平均值，有效地抑制了電動機輸出轉矩的降低。如圖2所示為恒流斬波電源電路圖。

細分驅動電源步進電動機

折波電路雖然復雜,但它使步進電動機的運行特性有了明顯的改善,提高了快速響應性，可以在很大的頻率范圍內保證步進電動機能輸出恒定的轉矩隨著步進電動機在各方面的廣泛應用，其驅動裝置也從分立元件電路發(fā)展到集成元件電路,目前已經(jīng)形成了系列化、模塊化的步進電動機驅動器,為步進電動機控制系統(tǒng)的設計，提供了模塊化的選擇，簡化了設計過程,提高了效率。

圖3中所示為上海開通數(shù)控有限公司生產(chǎn)的KT350型混合式步進電動機驅動器外形圖。各生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的步進電動機驅動器雖然標準不同，但其接口定義基本相同，只要了解接口中接線端子、標準接口及撥動開關的定義和使用，即可利用驅動器構成步進電動機的控制系統(tǒng)。

曲面細分NVIDIA細分

作為GPU領域的領軍者，nVIDIA認為曲面細分技術所代表的GPU幾何性能是新一代顯卡最重要的功能，也是DirectX 11最重要的組成部分。GPU的發(fā)展從Geforce FX5800時代發(fā)展到Geforce GTX285，五代時間內像素處理能力增長了1500%，而幾何性能只增長了300%。因此nVIDIA認為幾何性能已經(jīng)成為制約GPU性能的瓶頸，在新一代Fermi架構（費米架構，包括GT400，GT500系列顯卡）中，要專門加強幾何處理能力，曲面細分作為幾何處理的典范便首先得到了加強。

在Fermi架構中，nVIDIA通過PolyMorph Engine，將Tessellation任務分配給CUDA單元（CUDA單元也就是通常說的“流處理器”，nVIDIA稱其為CUDA單元）處理。Fermi第一代旗艦顯卡GTX480擁有15個PolyMorph Engine，也就等效于擁有15個具有Tessellation技術處理能力的單元。

nVIDIA這樣做的優(yōu)點在于，可以在高曲面細分負載下獲得優(yōu)秀的曲面細分能力，也就是在純Tessellation計算中GPU的幾何性能相當出色。在單純的Tessellation計算中，nVIDIA以16倍于AMD的Tessellation處理單元的數(shù)量，得到了6倍于AMD的Tessellation處理能力。不過缺點在于，這種設計占用了CUDA單元的計算能力，前文說過，曲面細分并不是DirectX 11的全部。在實際游戲中，并不是單純的Tessellation計算。CUDA單元還要處理其他游戲相關的3D渲染數(shù)據(jù)，如果游戲中3D渲染數(shù)據(jù)處理需求不大，這種設計就不成問題，不過一旦3D渲染數(shù)據(jù)處理需求很大，比如高分辨率，高全屏抗鋸齒，豐富的光影效果等，那么這種設計的缺陷就會暴露出來。

這就是在3DMARK 11中，GTX460成績不如HD5830的原因之一，3DMARK軟件圖形、光照、抗鋸齒計算壓力很大，GPU還要分出CUDA單元去處理曲面細分計算，因此整體計算能力便捉襟見肘。再比如在《地鐵2033》中，即使GTX580也不能打開全部效果在1080P下全程流暢運行， 且表現(xiàn)不及HD5970 。這與nVIDIA的曲面細分實現(xiàn)方法也是有關的。

曲面細分AMD細分

作為Tessellation技術的開發(fā)者，AMD(ATI) 對曲面細分的態(tài)度有所不同。AMD認為，在當前的DirectX 11游戲中，將一個物體的細分后最小的像素在16個是比較合適的，過分的加大曲面細分負載所帶來的變化，是人的肉眼無法分辨的。因此AMD堅持對模型做適度的Tessellation處理才是理智的，過分的加大Tessellation計算負載，只是在白白浪費計算資源，因為人的肉眼無法分辨。

在Evergreen架構（即HD5000系列）中，AMD秉承了自R600以來的做法，集成了一個專用的Tessellation處理單元。在之后的Northern Islands架構的Barts核心中（即HD6800系列），AMD又對Tessellation處理單元做了優(yōu)化，通過增強的線程分配模塊設計，Barts核心在低Tessellation計算負載下?lián)碛?.5倍于5800系列的處理能力。當然高負載下仍然不理想。之后的采用Cayman核心的HD6900系列顯卡，則將專用的Tessellation處理單元增加到2個。

AMD這種設計的優(yōu)點在于，專用的Tessellation單元并不占用流處理器資源，不影響3D渲染數(shù)據(jù)的計算。在實際游戲中，畫面分辨率越高，抗鋸齒級別越高，3D渲染處理需求越大，這種設計的優(yōu)勢就越明顯。

其缺點是，在3D渲染數(shù)據(jù)處理需求不大時，遇到高負載Tessellation計算，便力不從心。

2011年12月22日，AMD發(fā)布了新一代測采用SI GCN架構的AMD Radeon HD7970顯卡。得益于GCN架構，其曲面細分計算能力也得到了飛躍式的發(fā)展。HD7970顯卡的曲面細分單元概念被幾何引擎流水線所代替，仍為專用的2個，但是采用了最新的硬件Tessellation迭代單元，提高了頂點的復用度、片外緩存設計有所增強、采用了更大參數(shù)的高速緩存，因此HD7970的Tessellation和幾何緩存都有顯著的增強，能在所有拆分倍率下達到4 倍于HD6970 。與競爭對手相比，HD7970較之于GTX580，以八分之一的幾何引擎數(shù)量獲得了1.6倍的性能。特別是這種設計仍不會占用顯卡的3D數(shù)據(jù)計算資源。

曲面細分，或者更準確的說“鑲嵌化處理技術”，就是在頂點與頂點之間自動嵌入新的頂點。在自動插入大量新的頂點之后，模型的曲面會被分得非常細膩，看上去更加平滑致密。它是一種能夠在圖形芯片內部自動創(chuàng)造頂點，使模型細化，從而獲得更好畫面效果的技術。 曲面細分能自動創(chuàng)造出數(shù)百倍與原始模型的頂點，這些不是虛擬的頂點，而是實實在在的頂點，效果是等同于建模的時候直接設計出來的。

曲面細分技術是完全可編程的，它提供了多種插值頂點位置的方法來創(chuàng)造各種曲面：

1. N-Patch曲面，就是和當年TruForm技術一樣，根據(jù)基礎三角形頂點的法線決定曲面；

2. 貝塞爾曲面，根據(jù)貝塞爾曲線的公式計算頂點的位置；

3. B-Spline、NURBs、NUBs曲線（這三種曲線均為CAD領域常用曲線，在Maya中均有相應工具可以生成）

4. 通過遞歸算法接近Catmull-Clark極限曲面。Tessellation技術最初主要被用以“細分曲面”，隨著該技術被納入DirectX11范疇，得到大范圍推廣之后，插值頂點的算法也越來越多，因此用途也越來越廣，產(chǎn)生了很多非常有創(chuàng)意的應用。 例如nVIDIA的一個Demo演示了利用Tessellation技術生產(chǎn)的“頭發(fā)”，這些頭發(fā)都是真實存在的，當然并不是為每一根頭發(fā)建立一個模型，而是利用Tessellation技術在有限的頭發(fā)模型中，鑲嵌入更多的頭發(fā)模型。

除了大幅提升模型細節(jié)和畫質外，Tessellation最吸引程序員的地方就是：他們無需手動設計上百萬個三角形的復雜模型，只需簡單勾繪一個輪廓，剩下的就可以交給Tessellation技術自動鑲嵌，大大提高開發(fā)效率；而且簡單的模型在GPU處理時也能大幅節(jié)約顯存開銷，同時大幅提升渲染速度。