基于FPGA的激光打標(biāo)控制卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、激光標(biāo)刻是一種利用高能量激光束在物件表面作永久性刻蝕的技術(shù)。激光打標(biāo)控制卡是連接圖形處理計(jì)算機(jī)和控制激光振鏡掃描電機(jī)的核心設(shè)備，是決定激光標(biāo)刻質(zhì)量的重要部件。傳統(tǒng)激光打標(biāo)控制卡是基于ISA總線或PCI總線模式的，其必須要安插在計(jì)算機(jī)內(nèi)一起使用，不支持熱插拔，增加了激光打標(biāo)控制卡的成本和體積，同時也影響了其穩(wěn)定性。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于FPGA的激光打標(biāo)控制卡，接口采用USB總線，傳輸速率高且支持熱插拔，本文做了以下幾個方面的工作：

2、r>　?。?）設(shè)計(jì)并制作了一種基于 FPGA的激光打標(biāo)控制卡。在硬件設(shè)計(jì)方面給出了激光打標(biāo)控制卡的硬件結(jié)構(gòu)框圖和電路原理圖，該激光打標(biāo)控制卡選用EP3C16Q240C8芯片作為主控模塊進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)各個模塊間的正常運(yùn)作， EP3C16Q240C8芯片通過控制FT2232H芯片接收上位機(jī)所傳輸?shù)臉?biāo)刻數(shù)據(jù)，并將接收到的標(biāo)刻數(shù)據(jù)緩存至 MT48LC16M16A2芯片中，待數(shù)據(jù)接收完整后，最終將標(biāo)刻數(shù)據(jù)分別傳輸至激光器和X-Y振鏡從而實(shí)現(xiàn)上位機(jī)

3、的圖像標(biāo)刻；在編程設(shè)計(jì)方面給出了激光打標(biāo)控制卡的內(nèi)部功能框圖、程序設(shè)計(jì)以及協(xié)議制定，F(xiàn)T2232H芯片配置了的同步FIFO模式，對USB通信模塊、SDRAM存儲模塊、CPLD加密模塊進(jìn)行了編程設(shè)計(jì)和程序?qū)崪y，并給出了FPGA內(nèi)部功能仿真圖，制定并規(guī)范了上位機(jī)和硬件之間的握手協(xié)議和指令數(shù)據(jù)格式。該激光打標(biāo)控制卡在工廠實(shí)測的過程中，運(yùn)行速度較快、穩(wěn)定性較強(qiáng)、標(biāo)刻精度較高、保密性較好。
　?。?）設(shè)計(jì)了一種激光打標(biāo)圖像驗(yàn)證裝置。該裝置首

4、先是通過主控模塊 FPGA來控制串口線進(jìn)行激光打標(biāo)卡的數(shù)據(jù)采集，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)檢測、判別和存儲后篩選出振鏡坐標(biāo)數(shù)據(jù)和激光器開關(guān)光數(shù)據(jù)，通過USB總線將數(shù)據(jù)傳輸至PC上位機(jī)，最終由上位機(jī)還原數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)圖像的模擬標(biāo)刻，該裝置的數(shù)據(jù)采集遵循XY2-100協(xié)議， FPGA主控模塊選用Cyclone III芯片，USB傳輸模塊選用FT2232H芯片。該裝置能夠快速、完整的獲取激光打標(biāo)控制卡在進(jìn)行圖像標(biāo)刻過程中的實(shí)時數(shù)據(jù)，并能在上位機(jī)模擬繪制出實(shí)際標(biāo)刻

5、的圖案，可以解決激光打標(biāo)控制卡在開發(fā)制作過程中標(biāo)刻圖像驗(yàn)證困難的問題。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該硬件裝置運(yùn)行穩(wěn)定、精度較高、圖案驗(yàn)證性強(qiáng)。
　?。?）設(shè)計(jì)了一種低復(fù)雜度的激光打標(biāo)拐點(diǎn)檢測算法。該方法是一種基于斜率差的拐點(diǎn)檢測算法，目的是為了改善激光打標(biāo)系統(tǒng)中圖像解算的拐點(diǎn)檢測率，從而提高激光標(biāo)刻的質(zhì)量。該算法以計(jì)算標(biāo)刻圖像中相鄰兩點(diǎn)間偏移坐標(biāo)的斜率，以相鄰坐標(biāo)點(diǎn)連線的斜率之差作為判決條件檢測提取拐點(diǎn)。新算法相對于傳統(tǒng)算法而言，具有檢測準(zhǔn)確度