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)過程中對防偽、精度、 1 激光標(biāo)刻控制卡設(shè)計激光標(biāo)刻系統(tǒng)控制卡是整個控制系統(tǒng)的中樞，連接著控制軟件與執(zhí)行機(jī)構(gòu)?？刂瓶ńY(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，簡化了接口設(shè)計，使工作集中在本地邏輯設(shè)計上，采用WDM 11 基于IP核的固定頻率PWM電路設(shè)計在CO2激光標(biāo)刻設(shè)備中，控制卡通過PWM電路輸出脈寬頻率可調(diào)的控制信號對激 IP軟核4 kHz的輸出頻率通過對33 MHz時鐘8 196分頻獲得。8位的控制精度可實現(xiàn)占空比01的256級調(diào)節(jié)，其軟核的原型符號如圖2所示。其中，Load作為控制數(shù)據(jù)載入控制端，在該信號有效時，將8位控制數(shù)據(jù)IN7O載入內(nèi)部控制寄存器。EN信號為輸出有效信號，用于控制PWM輸出，當(dāng)該信號有效時，輸出PWM。LCLKIN信號提供IP軟核的工作頻率，PWM輸出信號的基頻是由該信號分頻得出的。軟核內(nèi)部控制語句如下

3、，其中PWMDATA為PWM波輸出的控制邏輯，當(dāng)其輸出為高電平時，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)計頻率、脈寬可調(diào)的PWM發(fā)生電路中原形符號如圖4所示。其中，EN信號使能該器件；WR寫信號與PFD0，PFDl及PCD0，PCDl配合，實現(xiàn)頻率及脈寬控制字的寫入，控制位寬為12位，實現(xiàn)4 096級調(diào)節(jié)。LclkIn為全局時鐘信號，該信號來自8分頻后的33 MHz的PCI接口時鐘，因此IP核能實現(xiàn)1 kHz4 MHz的頻率調(diào)節(jié)及0100內(nèi)最大4 096級的占空比調(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核功能實現(xiàn)的程序如下：功能仿真波形如圖5所示。采用IP核實現(xiàn)頻率可調(diào)的PWM發(fā)生電路時對邏輯器件內(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)用場合提供高精度的脈寬調(diào)制。2 控制軟件介紹針對板卡的調(diào)試及實際激光標(biāo)刻系統(tǒng)的應(yīng)用，分別開發(fā)了TestStar硬件板卡測試軟件及LaserStar激光標(biāo)刻軟件系統(tǒng)。板卡功能測試軟件能完成對板卡所有功能的測試。不僅提供通道選擇功能，用于DA控制輸出的測試；而且提供DI輸入信號檢測，DO輸出信號測試；以及COUNTER計算器測試等功能。通過測試軟件的設(shè)計，提高了系統(tǒng)設(shè)計的效率，同時可分開對各模

5、塊的實際效能進(jìn)行測試，及時發(fā)現(xiàn)各個模塊設(shè)計的不足，使系統(tǒng)在實際標(biāo)刻過程中更穩(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、時間、序列號；可自動進(jìn)行圖形對齊、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。用戶還可設(shè)計特殊的防偽碼，因為采用了數(shù)據(jù)加密技術(shù)，不同的用戶即使都擁有標(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)刻的實際標(biāo)刻效果如圖6所示。3 總結(jié)與展望基于計算機(jī)PCI總線設(shè)計激光標(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)計開發(fā)了Win-dows 2000xP下的WDM驅(qū)動程序；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)的存儲等功能集于一身；采用Altera公司的硬件編程語言AHDL設(shè)計了IP軟核；結(jié)合器件EPM7064SLC44-10實現(xiàn)固定頻率及可變頻率的PWM信號精確輸出，減少了分離器件的使用，使系統(tǒng)模塊化程度大大提高，簡化了PCB布局布線，同時利于系統(tǒng)的升級和擴(kuò)展。利用CPLD優(yōu)良的加密性能，