基于FPGA的高解析喷码机控制器设计与实现

论文摘要

随着可变条码、标识技术的迅速发展和广泛应用。诸如物流中的货物跟踪、产品防伪防串货每一产品或包装上唯一条码标识技术,已经得到广泛的应用。传统的条码都采用预印制方式,而预印制方式已不能满足在每个产品或包装上生成不同的条码。在原喷码机的基础上,研发新一代具有喷印可变条码功能的喷码机,成为一种发展趋势。论文分析了国内外喷码机的发展现状及其发展趋势,对不同工作方式的当前主流喷码机作了简单介绍,重点介绍了连续式和按需式两种不同工作方式的墨水喷码机,并对其进行性能的优越性对比。选用赛尔(Xaar)公司的两款按需式喷头作为本设计喷码机的喷印头,采用FPGA(Field Programmable Gate Array)芯片通过PCI(Peripheral Component Interconnect)总线方式,设计并实现驱动两款不同喷头的高解析喷码机。充分利用工业PC(Personal Computer)机的处理能力,在拥有传统喷码机的功能基础上,能适应流水线作业需求,喷印各种随机和连续变化的条形码。论文完成了基于PCI总线通信,采用FPGA芯片实现高解析喷码机控制器的软硬件实现,PCI总线接口以读写PCI总线内部存储器、I/O空间方式,来实现PC(Personal Computer)与喷码机控制器之间的数据读写、状态交换以及喷印控制。利用FPGA内部RAM作为喷头和PCI总线之间数据缓存区,实现PC与喷头之间的数据通信,每次读写以喷头喷印一列的数据量作为数据缓冲区大小,先写然后读取喷印,将喷印图像信息逐列写入并喷出,实现二进制二位图形的喷印。文中对喷头驱动以及PC与喷头之间喷印数据交换的读写过程,给出了相应的软件设计流程以及状态转换图。最后给出了用户利用本控制器所喷印的部分样品。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 喷码技术
• 1.2 喷码机的国内外现状
• 1.3 喷码技术新的发展方向
• 1.4 研究现状及本课题主要研究内容
• 第2章 高解析按需喷印原理
• 2.1 连续喷墨喷印原理
• 2.2 按需喷墨喷印原理
• 2.3 喷印方式性能对比
• 2.4 按需喷印喷头介绍
• 2.4.1 XJ128 喷头
• 2.4.2 XJ128 喷头电气接口
• 2.4.3 XJ128 喷头上电顺序要求
• 2.4.4 XJ128 喷头数据点火触发
• 2.4.5 XJ500 喷头
• 2.4.6 XJ500 喷头电气接口
• 2.4.7 XJ500 喷头上电顺序要求
• 2.4.8 XJ500 喷头数据点火触发
• 2.5 本章小结
• 第3章 喷码机控制器的硬件设计
• 3.1 系统总体硬件设计
• 3.1.1 喷码机控制器的主处理器选择
• 3.1.2 主处理器的数据配置
• 3.1.3 喷头控制模块设计
• 3.1.4 其它模块设计
• 3.2 简化的 PCI 总线接口设计
• 3.2.1 简化的PCI 总线
• 3.2.2 PCI 总线配置空间的分配
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统软件实现
• 4.1 控制器的 FPGA 内核设计
• 4.1.1 驱动两个 XJ128 喷头的 FPGA 内核设计
• 4.1.2 驱动一个XJ500 喷头的FPGA 内核设计
• 4.1.3 XJ128 喷头驱动设计
• 4.1.4 XJ500 喷头驱动设计
• 4.2 PCI 总线的软件实现
• 4.2.1 简化的PCI 从设备状态机
• 4.2.2 基于PCI 总线喷印控制的实现
• 4.3 单片机配置 FPGA 软件设计
• 4.4 PC 上位机软件设计
• 4.5 本章小结
• 第5章 系统实现与应用
• 5.1 系统整体实现
• 5.2 实际喷印效果
• 5.3 列间距控制测试
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 1. 课题研究主要内容和结果
• 2. 课题展望
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录B 系统总体硬件设计
• 附录C PCI 总线接口电路图
• 附录D XJ128 喷头 BUFFER 数据控制模块源代码
• 附录E XJ500 喷头BUFFER 数据控制模块源代码
• 致谢