基于PCI的激光標刻控制系統(tǒng)研究

摘 要：介紹一種基于PCI總線的激光標刻控制系統(tǒng)設(shè)計。系統(tǒng)采用PLX公司PCI總線控制芯片PCI9052作為接口芯片；采用Altera公司的CPLD控制器件EPM7064和AHDL編程語言，設(shè)計IP軟核，實現(xiàn)局部總線的譯碼及功能電路的邏輯控制；基于IP核的PWM控制電路控制時鐘取自33 MHz的PCI總線時鐘，分頻獲得8位控制精度的PWM占空比調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了高精度的固定頻率和可變頻率的PWM信號輸出。配合硬件設(shè)計開發(fā)了測試軟件和激光標刻應(yīng)用軟件，加快了硬件的設(shè)計過程和推廣應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：激光標刻；PCI總線；CPLD；IP核；PWM電路

0 引 言
由于激光具有優(yōu)異的單色性、相干性、方向性，同時具有很高的能量密度，因此廣泛應(yīng)用于材料加工。隨著物品打標過程中對防偽、精度、環(huán)保等方面的需求日益提高，激光標刻設(shè)備，特別是激光飛動標刻設(shè)備的應(yīng)用日益廣泛引。在此，主要介紹了激光標刻控制系統(tǒng)軟硬件設(shè)計，著重分析了基于PCI的控制卡電路設(shè)計中的關(guān)鍵問題，同時介紹了標刻軟件的主要功能。該控制系統(tǒng)具有4路16位D／A輸出、3路16位計數(shù)器、4路DI／DO、1路PWM激光功率控制輸出功能。系統(tǒng)在應(yīng)用中性能穩(wěn)定，功能完備，已應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。

1 激光標刻控制卡設(shè)計
激光標刻系統(tǒng)控制卡是整個控制系統(tǒng)的中樞，連接著控制軟件與執(zhí)行機構(gòu)?？刂瓶ńY(jié)構(gòu)如圖1所示，包括基于PCI總線接口控制電路、本地邏輯控制電路及功能電路等3部分組成。

PCI接口電路用于實現(xiàn)PCI總線邏輯到本地邏輯的轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)采用PLX公司PCI總線控制芯片PCl9052作為接口芯片，采用E2PROOM配置芯片作為HT93LC46。由于接口芯片的豐富功能，簡化了接口設(shè)計，使工作集中在本地邏輯設(shè)計上，采用WDM驅(qū)動程序，實現(xiàn)計算機對設(shè)備的統(tǒng)一管理。本地邏輯控制電路采用IP核實現(xiàn)局部總線的譯碼及功能電路的邏輯控制，通過Altera公司的CPLD控制器EPM7064設(shè)計實現(xiàn)，可在線編程擴展接口控制功能。功能電路包括D／A電路、I／O電路、PWM電路及計數(shù)器電路等組成部分；系統(tǒng)選用模擬器件公司D／A控制器件AD7847或AD5547作為關(guān)鍵器件，實現(xiàn)一5～+5 V及0～10 V模擬電壓輸出。
1．1 基于IP核的固定頻率PWM電路設(shè)計
在CO2激光標刻設(shè)備中，控制卡通過PWM電路輸出脈寬頻率可調(diào)的控制信號對激光電源的放電時間進行控制，以實現(xiàn)對激光輸出功率的精確控制。設(shè)計中采用CPLD，使設(shè)計配置非常靈活，可根據(jù)整體需要設(shè)計相應(yīng)功能的IP軟核，節(jié)約板載資源。方案采用Al-tera公司的硬件編程語言AHDL設(shè)計；結(jié)合器件EPM7064SLC44-10實現(xiàn)PWM控制器?；贗P核的PWM控制電路，控制時鐘取自33 MHz的PCI總線時鐘，可有效利用接口資源。
IP軟核4 kHz的輸出頻率通過對33 MHz時鐘8 196分頻獲得。8位的控制精度可實現(xiàn)占空比0～1的256級調(diào)節(jié)，其軟核的原型符號如圖2所示。其中，Load作為控制數(shù)據(jù)載入控制端，在該信號有效時，將8位控制數(shù)據(jù)IN[7．．O]載入內(nèi)部控制寄存器。EN信號為輸出有效信號，用于控制PWM輸出，當該信號有效時，輸出PWM。LCLKIN信號提供IP軟核的工作頻率，PWM輸出信號的基頻是由該信號分頻得出的。