基于PCI的激光標(biāo)刻控制系統(tǒng)研究

1、基于PCI的激光標(biāo)刻控制系統(tǒng)研究    摘 要：介紹一種基于PCI 0 引 言由于激光具有優(yōu)異的單色性、相干性、方向性，同時(shí)具有很高的能量密度，因此廣泛應(yīng)用于材料加工。隨著物品打標(biāo)過(guò)程中對(duì)防偽、精度、 1 激光標(biāo)刻控制卡設(shè)計(jì)激光標(biāo)刻系統(tǒng)控制卡是整個(gè)控制系統(tǒng)的中樞，連接著控制軟件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)。控制卡結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括基于PCI總線接口控制電路、本地邏輯控制電路及功能電路等3部分組成。PCI接口電路用于實(shí)現(xiàn)PCI總線邏輯到本地邏輯的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)采用PLX公司PCI總線控制芯片PCl9052作為接口芯片，采用E2PROOM配置芯片作為HT93LC46。由于接口芯

2、片的豐富功能，簡(jiǎn)化了接口設(shè)計(jì)，使工作集中在本地邏輯設(shè)計(jì)上，采用WDM 11 基于IP核的固定頻率PWM電路設(shè)計(jì)在CO2激光標(biāo)刻設(shè)備中，控制卡通過(guò)PWM電路輸出脈寬頻率可調(diào)的控制信號(hào)對(duì)激 IP軟核4 kHz的輸出頻率通過(guò)對(duì)33 MHz時(shí)鐘8 196分頻獲得。8位的控制精度可實(shí)現(xiàn)占空比01的256級(jí)調(diào)節(jié)，其軟核的原型符號(hào)如圖2所示。其中，Load作為控制數(shù)據(jù)載入控制端，在該信號(hào)有效時(shí)，將8位控制數(shù)據(jù)IN7O載入內(nèi)部控制寄存器。EN信號(hào)為輸出有效信號(hào)，用于控制PWM輸出，當(dāng)該信號(hào)有效時(shí)，輸出PWM。LCLKIN信號(hào)提供IP軟核的工作頻率，PWM輸出信號(hào)的基頻是由該信號(hào)分頻得出的。軟核內(nèi)部控制語(yǔ)句如下

3、，其中PWMDATA為PWM波輸出的控制邏輯，當(dāng)其輸出為高電平時(shí)，輸出進(jìn)行翻轉(zhuǎn)。END IF;END IF；軟核的仿真波形及示波器輸出波形如圖3所示。12 基于IP核的頻率可調(diào)PWM電路設(shè)計(jì)頻率、脈寬可調(diào)的PWM發(fā)生電路中原形符號(hào)如圖4所示。其中，EN信號(hào)使能該器件；WR寫(xiě)信號(hào)與PFD0，PFDl及PCD0，PCDl配合，實(shí)現(xiàn)頻率及脈寬控制字的寫(xiě)入，控制位寬為12位，實(shí)現(xiàn)4 096級(jí)調(diào)節(jié)。LclkIn為全局時(shí)鐘信號(hào)，該信號(hào)來(lái)自8分頻后的33 MHz的PCI接口時(shí)鐘，因此IP核能實(shí)現(xiàn)1 kHz4 MHz的頻率調(diào)節(jié)及0100內(nèi)最大4 096級(jí)的占空比調(diào)節(jié)。8位數(shù)據(jù)寬度的DATAIn接El用于控制數(shù)

4、據(jù)的輸入。IP核功能實(shí)現(xiàn)的程序如下：功能仿真波形如圖5所示。采用IP核實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)的PWM發(fā)生電路時(shí)對(duì)邏輯器件內(nèi)部資源的消耗較大，相比之下，固定頻率的IP占用的邏輯資源較少，因此更適合用于為激光器頻率固定的應(yīng)用場(chǎng)合提供高精度的脈寬調(diào)制。2 控制軟件介紹針對(duì)板卡的調(diào)試及實(shí)際激光標(biāo)刻系統(tǒng)的應(yīng)用，分別開(kāi)發(fā)了TestStar硬件板卡測(cè)試軟件及LaserStar激光標(biāo)刻軟件系統(tǒng)。板卡功能測(cè)試軟件能完成對(duì)板卡所有功能的測(cè)試。不僅提供通道選擇功能，用于DA控制輸出的測(cè)試；而且提供DI輸入信號(hào)檢測(cè)，DO輸出信號(hào)測(cè)試；以及COUNTER計(jì)算器測(cè)試等功能。通過(guò)測(cè)試軟件的設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率，同時(shí)可分開(kāi)對(duì)各模

5、塊的實(shí)際效能進(jìn)行測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各個(gè)模塊設(shè)計(jì)的不足，使系統(tǒng)在實(shí)際標(biāo)刻過(guò)程中更穩(wěn)定。激光標(biāo)刻軟件系統(tǒng)可方便地編輯單線體文字、TTF文字、日期、時(shí)間、序列號(hào)；可自動(dòng)進(jìn)行圖形對(duì)齊、圓形排版功能；可以用鼠標(biāo)繪 系統(tǒng)可方便地修改標(biāo)刻內(nèi)容，設(shè)置標(biāo)刻功率大小、速度快慢等控制參數(shù)。標(biāo)刻線條流暢，深淺自如。用戶(hù)還可設(shè)計(jì)特殊的防偽碼，因?yàn)椴捎昧藬?shù)據(jù)加密技術(shù)，不同的用戶(hù)即使都擁有標(biāo)刻系統(tǒng)，也不能標(biāo)刻完全一樣的內(nèi)容，使得系統(tǒng)具備良好的防偽標(biāo)刻功能。系統(tǒng)標(biāo)刻的實(shí)際標(biāo)刻效果如圖6所示。3 總結(jié)與展望基于計(jì)算機(jī)PCI總線設(shè)計(jì)激光標(biāo)刻控制系統(tǒng)，提高了控制指令發(fā)送速度和控制精度。設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了Win-dows 2000xP下的WDM驅(qū)動(dòng)程序；提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；減少了硬件兼容性及誤操作造成的系統(tǒng)死機(jī)、藍(lán)屏等現(xiàn)象。采用CPLD器件將本地邏輯處理及控制數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)等功能集于一身；采用Altera公司的硬件編程語(yǔ)言AHDL設(shè)計(jì)了IP軟核；結(jié)合器件EPM7064SLC44-10實(shí)現(xiàn)固定頻率及可變頻率的PWM信號(hào)精確輸出，減少了分離器件的使用，使系統(tǒng)模塊化程度大大提高，簡(jiǎn)化了PCB布局布線，同時(shí)利于系統(tǒng)的升級(jí)和擴(kuò)展。利用CPLD優(yōu)良的加密性能，