采用DSP处理器和PCI总线技术 实现高速激光标记控制系统设计

抓鸡 2019-06-12 18:43183http://www.i925.netadmin

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。

采用DSP处理器和PCI总线技术实现高速激光标记控制系统设计

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控制板卡使用的PCI总线宽度为32为(3.3V),总线频率为33MHz,传输速率为33×32/4MB/s = 132MB/s 。此传输速率为整个系统能实现高速运行提供了保障。

2.3 CPLD逻辑控制

整个高速系统的逻辑控制是通过高速CPLD芯片来实现的。选用ALTERA公司的MAX7128E芯片实现,可用编程逻辑门为2500,宏单元数128,逻辑阵列块数8,用户可定义I/O脚100个,pin-to-pin延时为5ns。MAX7000系列器件可以通过编程器进行编程,也可以在线编程。本设计采用了在线编程(ISP)。ISP允许在设计开发过程中迅速方便地重复编程,简化了制作过程,允许器件在编程之前就先装配到印制板上。

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