基于DSP的振镜式激光标记控制系统设计.pdfVIP

0 引言 基于 DSP 的振镜扫描式激光标记控制系统设计 振镜扫描式激光标记技术就是通过控制两片高速振镜的偏转角, 改变激光 的传播方向, 经过 F-Theata 透镜在工件表面的聚焦, 在工件表面作标记。与传 统的标记技术相比, 它具有适用面广 (对不同材料、形状的加工表面均适合) , 工件无机械变形, 无污染, 标记速度快, 重复性好, 自动化程度高等特点, 在 工业、国防、科研等许多领域具有广泛的用途。高速高精度的振镜标记已成为当 今标记行业的发展方向。 传统的振镜标记控制系统通过 PC 机的串口、并口 ISA 总线与单片控制板相 连，这种方式接口简单、连接方便, 开发费用低, 但由于传输速度低, 已不能满 足现代数控系统的实时性要求。本文在激光标记控制技术方面进行了一些新的探 索：利用 PCI 的高速数据传输和DSP 高速数据处理能力，提出一种 “PC机+PCI 总线+DSP 控制板卡”的方式，用于振镜标记控制系统，从而实现对标记控制的 精确控制，提高控制效率，保障系统实时性。DSP 控制板卡是整个系统的核心， 它直接决定着系统的扫描速度和扫描精度，本文将着重介绍该控制板卡的设计。 1 DSP 芯片 DSP 控制板卡的主芯片选用德州仪器公司 C6000 系列的高速数据处理芯片 TMS320C6205。该芯片为高性能的定点处理器，主频可达 200MHz，每个周期能执 行 8 条 32-bit 的指令，处理速度可达 1600MIPS；采用高性能的VLIW 结构的 TMS320C62xTM DSP 核，有 8 个独立的功能单元，32 个 32 位的通用寄存器；提供 64K 字节的内部程序 RAM 和 64K 字节的内部数据 RAM；提供 32 位的外部存储器无 缝接口，包括同步器件（如 SDRAM、SBSRAM 等）、异步器件（如 FLASH、SRAM 等）和可寻址 52M 字节的外部存储空间；提供灵活的 PLL、时钟产生器，可配置 倍频值；提供符合 PCI 2.2 规范的 PCI 总线接口，直接实现芯片和 PCI 总线的桥 接功能；提供两个 32 位的定时器；提供在线调试的 JTAG 边界扫描接口。采用此 芯片，能够实现高速的数据处理，保证系统工作的实时性，且由于带了 PCI 桥接 功能，提供了和 PCI 总线的接口，经济可靠。 2 硬件设计 2.1 结构框图 如图 1 所示为系统的硬件结构框图。DSP 控制板卡通过 PCI 总线与 PC 机连 接，实现高速通信。DSP 处理模块为主控制模块，使用主频为 200MHz 的 TMS320C6205 芯片作为主控制芯片。DSP 处理模块充分利用了 C6000 系列 DSP 的 快速计算能力和高精度定时器，能够保证振镜标记机进行匀速、高速标记，这些 由PC 机是没有办法做到的。DSP 的外围电路包括存储模块、复位控制、电源控 制、时钟系统、JTAG 端口、数模转换模块、CPLD 逻辑控制模块和光电隔离模块 等。其中存储模块包括 FLASH 模块和 SDRAM 模块，FLASH 用来存储系统启动代码 和软件代码，SDRAM 用于提供软件运行时所需的额外存储空间。DSP 控制板卡输 出两路模拟量控制两块振镜的运动，输出Q 开关控制信号以控制激光器的开关 光，输入/输出 16 路光电隔离信号用于功能扩展。 2.2 PC 机与 DSP 的通信 PCI 总线是一种不依附于某个具体处理器的局部总线。从结构上看，PCI 是在 CPU 和原来的系统总线之间插入的一级总线，具体由一个桥接电路实现对这 一层的管理，并实现上下之间的接口以协调数据的传送。管理器提供了信号缓冲， 使之能支持 10 种外设，并能在高时钟频率下保持高性能。PCI 总线也支持总线 主控技术，允许智能设备在需要时取得总线控制权，以加速数据传送。PCI 总线 相比起 ISA 总线，有传输速度快，传输量大的优点。 本系统选用 TMS320C6205，该芯片自带了符合PCI2.2 规范的 PCI 总线桥接 功能，开发者免去了 PCI 协议的硬件和软件实现，给系统设计带来了便利，缩短 了开发周期，也节省了开发费用。开发者只需将PCI 插槽上的总线信号和 DSP 芯片上相关的 PCI 总线信号直接相连即可。带 “金手指”的DSP 控制板卡可以直 接插在 PC 机的 PCI 卡槽中使用，实现 PC 机与 DSP 之间的通信。PCI 设备可以访 问所有的内部RAM 空间、外设和外部存储器空间。 DSP