基于DSP的高速激光標(biāo)記控制系統(tǒng)

2.3 CPLD邏輯控制

整個高速系統(tǒng)的邏輯控制是通過高速CPLD芯片來實(shí)現(xiàn)的。選用ALTERA公司的MAX7128E芯片實(shí)現(xiàn)，可用編程邏輯門為2500，宏單元數(shù)128，邏輯陣列塊數(shù)8，用戶可定義I/O腳100個，pin-to-pin延時為5ns。MAX7000系列器件可以通過編程器進(jìn)行編程，也可以在線編程。本設(shè)計采用了在線編程（ISP）。ISP允許在設(shè)計開發(fā)過程中迅速方便地重復(fù)編程，簡化了制作過程，允許器件在編程之前就先裝配到印制板上。

系統(tǒng)設(shè)計中LED信號燈、FLASH、DA芯片、16路I/O光電隔離接口、模擬開關(guān)、Q開關(guān)、PWM輸出、軟件復(fù)位控制都使用了CE1空間的地址，為了防止這些器件的互相干擾，必須對輸入地址進(jìn)行譯碼。通過判斷輸入到CPLD的PA[2：6]和PA[16：21]可以知道DSP正在訪問的地址區(qū)域，進(jìn)行CE1空間的地址譯碼，從而產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號，以實(shí)現(xiàn)邏輯控制和時序控制。

CPLD上構(gòu)建的寄存器的高地址都是一樣的，命名為dsp_reg_addr，由Pa16~21構(gòu)成，若Pa16~21設(shè)置為111000即表示地址0x0178xxxx。

低地址由Pa2~6構(gòu)成，對10個寄存器尋址，地址對應(yīng)關(guān)系見表1所示。

表 1地址分配表

2.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊

數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊將DSP處理完的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號以控制兩路振鏡的偏轉(zhuǎn)。由于現(xiàn)在對標(biāo)記精度的要求越來越高，傳統(tǒng)的8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器已無法滿足用戶的需求，因此本系統(tǒng)選用ADI公司的16位高精度數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD669芯片，如圖2所示。AD669為16位并行輸入，二級數(shù)據(jù)緩存結(jié)構(gòu)。設(shè)計中將/L1信號直接接地設(shè)置為有效，通過控制/CS和LDAC信號分別控制一級緩存和二級緩存?？刂普耒R信號的電壓范圍為-10V～+10V，以標(biāo)記100mm×100mm幅面大小的標(biāo)牌為例，精度可達(dá)100mm/216=0.0015mm，對應(yīng)最小輸出電壓為0.00031V。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在上電時，AD669芯片的輸出為一不可控量，會使振鏡在上電瞬間有一個偏轉(zhuǎn)，倘若偏轉(zhuǎn)幅度過大，長期使用會導(dǎo)致振鏡的斷裂。為了保護(hù)振鏡，可設(shè)計一個模擬開關(guān)電路以控制AD669芯片上電時的輸出，使其為0V。筆者將模擬開關(guān)放在AD669芯片的參考電壓輸入端，通過CPLD實(shí)現(xiàn)對模擬開關(guān)的控制，來控制參考電壓的有無，從而保證在上電時振鏡不偏轉(zhuǎn)。

3 PCB設(shè)計

該控制板卡選用主頻200MHz的高速DSP處理芯片，高速信號系統(tǒng)中，存在EMC問題，將影響系統(tǒng)的性能。為了設(shè)計出一塊穩(wěn)定，抗干擾性能好的控制板卡，采取了以下措施

1、板層的合理安排

該控制板卡為六層板，板層設(shè)計為（從頂層到底層依次）信號層-地層-電源層-信號層-地層-信號層。這樣的板層結(jié)構(gòu)安排，使每一個信號層和電源層都緊鄰一個地層，給信號提供一個較短的回流路徑。

2、時鐘信號線的處理

PCI時鐘信號的一半要靠反射波來提升，因此，時鐘信號CLK走線長度近似為2500 mil，走蛇形線實(shí)現(xiàn)（此點(diǎn)在PCI2.2規(guī)范的走線要求中有明確規(guī)定）。對于DSP芯片，晶振電路盡量靠近DSP芯片，且時鐘信號盡量短。

3、SDRAM相關(guān)信號線的處理

SDRAM工作頻率為100MHz，在高頻下，信號的傳輸時間和信號的走線長度有直接的關(guān)系，已不能忽略此問題。因此SDRAM的數(shù)據(jù)線和地址線要等長走線，以保證信號傳輸?shù)馁|(zhì)量。另外，串?dāng)_和振鈴問題在高頻下也極易出現(xiàn)，對SDRAM和DSP接口的控制信號和數(shù)據(jù)、地址總線信號，在源端串接匹配電阻以提高信號傳輸質(zhì)量，保證SDRAM在高頻下能正常工作。

4、數(shù)模電路的隔離處理

控制板卡上有數(shù)字電路和模擬電路，在布局時，必須考慮數(shù)模電路的隔離問題，盡量將數(shù)字電路和模擬電路分塊布局，避免數(shù)字信號走線跨越模擬電路區(qū)域，以防止兩塊電路間的相互干擾。另外數(shù)字電路和模擬電路通過0歐電阻一點(diǎn)共地。

5、電容的使用

在每個數(shù)字芯片的電源引腳旁邊放置一個1.01uF的去耦電容。

4 總結(jié)

本系統(tǒng)將高速PCI總線與C6000高速DSP處理器相結(jié)合，配以高精度的數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，實(shí)現(xiàn)了一套高速高精度的控制系統(tǒng)，并將其成功的運(yùn)用到振鏡激光標(biāo)記系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分利用了DSP的高速處理能力和內(nèi)部的高精度定時器，分擔(dān)了PC機(jī)的實(shí)時性任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)與DSP控制板卡的優(yōu)勢互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時性標(biāo)記，保證了標(biāo)記質(zhì)量的均勻性。本文還給出了DSP控制板卡在PCB設(shè)計階段的注意點(diǎn)，該板卡已在生產(chǎn)實(shí)際中投入使用，具有較好的穩(wěn)定性和抗干擾性。