2.2 激光打標控制板設計
激光打標控制板主要完成對外部的激光器、振鏡、編碼器、控制信號、通訊等進行控制和監控,實現激光打標過程。它主要由硬件電路和嵌入式控制軟件組成。
激光打標控制板的電路結構如圖1所示:它主要包括:USB接口電路、人機交換電路、DA振鏡控制電路、PWM激光控制電路。
圖1 激光打標控制板電路結構圖
2.2.1 USB接口電路設計
USB通訊模塊采用FTDI公司的FT245
,USB與DSP的連接采用GPIO操作,DSP采用通用IO進行讀寫訪問FT245,需要注意的是DSP的電平邏輯為3.3V,而FT245R的輸入輸出電平邏輯是+5V,他們之間要加電平轉換邏輯。
2.2.2 人機交互電路設計
本設計采用人機接口和主控卡分離的方式,人機接口的實現由單片機STC89S52與型號HDG12864F-3的LCD組成,通過MAX232轉換芯片實現與DSP的RS232串口數據通信。在DSP控制板端用戶可以通過操作面板實現文件管理、參數設置、打標控制等工作,可以實時檢測當前任務的工作狀態。面板操作按鍵包括:上、下、上頁、下頁、確認、取消、菜單、參數、設置、打標/暫停、停止。按鍵掃描采用中斷掃描的方式實現。
此型號LCD中含有兩塊液晶驅動器,分別驅動左右兩邊的64*64個點,所以在顯示時要判斷位置是左邊還是右邊,通過DSP的IO口分別啟動相應的控制端CS1和CS2,低電平有效。
2.2.3 振鏡控制電路設計
高速的數模轉換是激光打標控制器的關鍵,D/A輸出的建立時間和精度是影響打標性能的兩個非常重要的參數。本系統中需要二路D/A,分別控制振鏡x軸和振鏡y軸,本文中采用串行高速DA實現模擬量輸出。DA芯片選用DAC7731,16位輸出精度,建立時間小于10us。采用FPGA實現和DA芯片接口的時序邏輯,電路圖如圖2所示。DAC7731本身帶有一個10的電壓基準,無需外接電壓參考。另外,該芯片根據配置的不同可以分別輸出+/-10V和+/-5V電壓。配置僅僅是改動幾個電阻而已。復位后DA芯片的電壓輸出也可以設置,本文復位后輸出0V。
2.2.4 PWM信號電路設計
激光控制的PWM輸出全部由FPGA實現,設置頻率寄存器、脈寬寄存器,FPGA采用位置比較的方式輸出占空比可以調節的PWM信號。首脈沖抑制信號以及激光開關信號,都在FPGA內部實現。邏輯功能框圖如圖3所示。本次FPGA
器件采用Altera公司的Cyclone系列EP2C8,關鍵的VHDL設計包括三個功能模塊:
1) 串行DA控制模塊,采用SPI通訊。
2) 激光控制模塊,包括激光開關延時,PWM輸出。
3) 編碼器檢測模塊和IO觸發模塊
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