基于DSP芯片TMS320F2812的振鏡式激光打標(biāo)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

隨著激光打標(biāo)機(jī)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，對(duì)激光打標(biāo)的速度和精度要求也越來越高。TI(德州儀器)公司的TMS320F2812 DSP，是專門為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)的高速處理器，應(yīng)用其來開發(fā)激光打標(biāo)控制器具有實(shí)際意義，文中設(shè)計(jì)的激光打標(biāo)控制器應(yīng)用前景廣闊。

1 控制器的工作原理

振鏡式激光打標(biāo)控制器上位機(jī)是安裝了打標(biāo)軟件的計(jì)算機(jī)，文字和圖形通過圖像處理成大量的打標(biāo)數(shù)據(jù)，并在打標(biāo)軟件界面上顯示出效果圖。打標(biāo)數(shù)據(jù)由USB總線傳輸?shù)綌U(kuò)展存儲(chǔ)器RAM上，再由DSP按順序取出送入到D/A轉(zhuǎn)換芯片中，D/A芯片轉(zhuǎn)換后輸出-5～5 V的模擬電壓驅(qū)動(dòng)掃描振鏡和控制激光電源的功率，并由一路GPIO(通用輸入/輸出)引腳控制激光能量的開關(guān)，x、y軸振鏡控制激光焦點(diǎn)在二維平面上有序移動(dòng)來完成各種形式的文字、圖形打標(biāo)。

2 振鏡式激光打標(biāo)控制器的硬件電路設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的原理框圖如圖1所示。振鏡式激光打標(biāo)控制器主要有USB通訊電路、擴(kuò)展存儲(chǔ)器電路、D/A轉(zhuǎn)換電路和CPLD電路。

2.1 USB通訊接口

USB通訊模塊采用Cypress公司的CY7C68013，USB與DSP的連接方法有FIFO和GPIF兩種，在本系統(tǒng)中采用了FIFO方式，讀寫信號(hào)由CPLD和DSP提供。USB芯片的SLOE連接到DSP的外部中斷，其他控制信號(hào)由DSP通過CPLD譯碼后與USB芯片連接，DSP的數(shù)據(jù)線和兩路地址線直接與USB相連。

2.2 高速D/A轉(zhuǎn)換電路

數(shù)模轉(zhuǎn)換部分為控制器的關(guān)鍵部分。本系統(tǒng)中需要三路D/A，分別控制振鏡x軸和振鏡y軸以及激光功率。對(duì)于本系統(tǒng)AD7836的主要技術(shù)參數(shù)都符合要求：

(1)單片4路14位D/A轉(zhuǎn)換;(2)電壓輸出，最大電壓輸出范圍是±10 V;(3)輸出電壓的建立時(shí)間典型值為16 μs。

D/A電壓分辨率為：5 V/213=O.61 mV。雙極性和單極性電壓輸出相比電路省去了改變電壓極性的運(yùn)算放大器，使電路得到簡化。

Ad7836支持與16位以上微處理器和DSP的接口，包括14位數(shù)據(jù)線，3位地址線A0、A1、A2，控制信號(hào)CS、CLR、WR、SEL。CS處于低電平是AD7836被選中;只有CLR處于高電平時(shí)D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器值才能控制模擬電壓輸出值;WR為低電平有效，可以聯(lián)合CS使數(shù)據(jù)寫入輸入緩存器內(nèi)。SEL為高電平時(shí)用戶設(shè)定的寄存器E值輸出到VOUT，故可接地。當(dāng)系統(tǒng)工作時(shí)，由于采用外部接口XINTF，對(duì)D/A芯片的操作和從SRAM中讀寫數(shù)據(jù)一樣，控制D/A芯片的外部接口2區(qū)的起始地址是0X08 0000。可以在程序中隨時(shí)改變相應(yīng)值來控制D/A轉(zhuǎn)換的電壓值，進(jìn)而控制打標(biāo)點(diǎn)的位置。如要打標(biāo)圖片，則可以按逐行掃描的方式輸出各打標(biāo)點(diǎn)的位置和激光能量。

DSP與AD7836的引腳連接如圖2所示。

由于使用的振鏡的驅(qū)動(dòng)電壓范圍也是±5 V，在本系統(tǒng)中各通道的參考電壓VREF(+)和VREF(-)分別接±2.5 V。精確±2.5 V參照電壓在硬件電路設(shè)計(jì)中采用Microehip公司的專用2.5 V電壓基準(zhǔn)源MCPl525和OP運(yùn)算放大器MCP606。如圖3所示，+2.5 V的電壓基準(zhǔn)由MCPl525產(chǎn)生后，為了降低噪音，采用了RC低通濾波和MCP606，在這里MCP606作為電壓跟隨器使用。如圖4所示，-2.5 V電壓則由+2.5 V通過兩個(gè)等值電阻和MCP606構(gòu)成的分壓器產(chǎn)生。

AD7836和DSP的引腳電壓不同，故不能直接相連，系統(tǒng)中選用了SN74ALVCl64245芯片來隔離兩邊的數(shù)據(jù)總線。其輸出使能控制引腳OE1和OE2均接低電平，數(shù)據(jù)線的方向DIR1和DIR2都接高電平，保證芯片輸出端隨輸入端即時(shí)變化。

2.3 擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器

存儲(chǔ)器用來暫存從上位機(jī)傳來的打標(biāo)數(shù)據(jù)，外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器采用IS61LV51216，為512 kB，16位的SRAM存儲(chǔ)器，共有19位地址總線，16位數(shù)據(jù)總線。本系統(tǒng)中SARAM存取時(shí)間為10 ns，CMOS工藝，3.3 V供電，輸入輸出為TTL兼容，適合作為DSP的外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器通過DSP的外部接口XINTF擴(kuò)展，采用F2812的/XZCS6AND7引腳作為片選，因此對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)器映射的外部接口6區(qū)，地址范圍為0X10 0000～0X17FFFF。