基于ARM+FPGA的激光打标机控制器设计

论文摘要

激光打标是一种利用高能量的激光束在打标物体表面刻下永久性标识的技术。与传统的压刻等方法相比,激光打标具有速度快、无污染、质量高、性能稳定、不接触物体表面等优点。激光打标是目前工业产品标记的先进技术,是一种高效的标记方法。传统的基于ISA总线、PCI总线或者USB总线的激光打标控制器增加了激光打标机的成本和体积。本文提出一种基于ARM+FPGA架构的嵌入式系统方案,主要的研究工作如下：首先,介绍了激光打标系统的组成,激光打标技术的发展现状和激光打标机的原理。根据激光打标控制系统的功能要求和性能要求,提出了ARM+FPGA的总体设计,并简要讨论了ARM和FPGA的特点和优势。ARM处理器的主要功能是完成打标内容的输入和变换处理,打标机参数的设置和控制打标。FPGA的作用是接收、存储和转换打标数据,然后产生控制信号去控制激光打标设备。然后,详细讨论了激光打标机控制器的硬件电路设计,包括ARM控制单元电路、FPGA控制单元电路和数模转换模块等。为了使控制器能够长时间可靠稳定地工作,还采取了隔离技术等许多抗干扰措施。完成了FPGA中各个模块的程序设计,利用QuartusⅡ软件进行了仿真验证,调试了控制器的功能。本文所设计的嵌入式激光打标控制器发挥了ARM和FPGA各自的优势。经过在实际打标系统中的测试,证明本次设计的激光打标机控制器实现了预期的功能,取得了满意的打标效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 激光打标机的发展现状
• 1.3 嵌入式激光打标机的研究意义
• 1.4 本文的研究内容及章节安排
• 2 控制器的总体设计
• 2.1 激光打标机的结构
• 2.2 系统的功能及性能要求
• 2.3 控制系统方案设计
• 2.4 控制器的硬件选型
• 2.4.1 主处理器选型
• 2.4.2 辅助处理器选型
• 2.5 控制器的软件架构及软件结构
• 2.5.1 控制器的软件架构
• 2.5.2 控制器的软件结构
• 2.6 本章小结
• 3 控制器硬件设计
• 3.1 主处理器电路设计
• 3.1.1 SDRAM存储电路
• 3.1.2 NAND Flash存储电路
• 3.1.3 电源电路
• 3.1.4 复位电路
• 3.1.5 实时时钟电路
• 3.1.6 液晶显示电路
• 3.1.7 JTAG调试接口电路
• 3.2 辅助处理器电路设计
• 3.2.1 电源电路
• 3.2.2 JTAG调试及编程电路
• 3.2.3 时钟电路
• 3.2.4 FPGA与ARM接口电路
• 3.3 扩展接口电路设计
• 3.3.1 振镜控制电路
• 3.3.2 激光器控制电路
• 3.3.3 矩阵键盘电路
• 3.3.4 测速电路
• 3.3.5 开关信号输入电路
• 3.3.6 开关信号输出电路
• 3.4 PCB设计中的抗干扰措施
• 3.5 本章小结
• 4 控制器程序设计
• 4.1 主处理器软件设计
• 4.2 辅助处理器程序设计
• 4.2.1 地址译码模块及地址分配表
• 4.2.2 振镜位置数据转换模块
• 4.2.3 激光器控制模块
• 4.2.4 矩阵键盘模块
• 4.2.5 测速模块
• 4.3 本章小结
• 5 仿真与调试
• 5.1 控制器的仿真验证
• 5.1.1 地址译码模块仿真
• 5.1.2 振镜位置数据转换模块仿真
• 5.1.3 激光器控制模块仿真
• 5.1.4 矩阵键盘模块仿真
• 5.1.5 测速模块仿真
• 5.2 系统的调试
• 5.2.1 控制器硬件调试
• 5.2.2 主处理器系统调试
• 5.2.3 辅助处理器系统调试
• 5.2.4 整机测试
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 课题展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录