基于SOPC的宽幅喷墨打印机控制系统研究与设计

论文摘要

近些年大幅喷印产品的应用领域不断扩大,随之带动了宽幅喷墨打印机产业的快速发展。针对目前国内宽幅喷墨打印机控制系统存在的问题,以及未来宽幅喷墨打印技术的发展方向,本文在分析宽幅喷墨打印机机械结构和工作原理的基础上,提出了基于SOPC技术的宽幅喷墨打印机控制系统的解决方案:以NiosⅡ嵌入式软核处理器为核心,通过构建NiosⅡ系统外围的存储模块、通信接口模块与电机控制模块等模块,实现了一种新的宽幅喷墨打印机控制系统的架构,提升了其控制系统对宽幅喷印所需的大量图像数据的传输速度,增强了喷印执行机构运动的精确性及对不同喷印模式下运动的适应性。论文的主要研究内容如下:(1)分析和研究了宽幅喷墨打印机系统的组成结构与工作原理;(2)根据总体设计指标及宽幅喷墨打印机的基本功能要求,按照SOPC的设计方法和流程,设计了控制系统的总体结构,建立了控制系统模型,并讨论了控制系统的实现方案;(3)根据总体设计任务,具体分析和讨论了NiosⅡ系统的设计及其在QuartusⅡ中的系统集成;(4)根据宽幅喷墨打印机对字车伺服电机和走纸步进电机的控制要求,讨论了电机控制模块设计,构建了基于DSPBuilder的PWM控制模块;(5)对宽幅喷墨控制系统的软件进行了设计,包括SOPC控制系统的软件设计与PC机端的软件设计。通过SOPC实验平台对该系统的测试,结果表明该控制系统的设计方案是可行的,实现了上、下位机之间通过USB2.0接口的高速图像数据传输和NiosⅡ系统中PWM模块对字车伺服电机与走纸步进电机的控制,具有集成度高、便于维护和升级以及工作稳定等特点。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 论文相关领域发展与研究现状
• 1.2.1 国内外宽幅喷墨打印机控制技术的研究现状
• 1.2.2 SOPC及其技术
• 1.3 论文研究的目的及意义
• 1.4 本论文的主要任务
• 2 宽幅喷墨打印系统的组成及工作原理
• 2.1 宽幅喷墨打印系统的组成
• 2.2 滚筒式宽幅喷墨打印机的走纸机构
• 2.3 字车伺服系统中的带传动机构
• 2.4 喷头的安装排列方式
• 2.5 宽幅喷墨打印机的工作过程
• 2.6 本章小结
• 3 宽幅喷墨打印机控制系统总体设计
• 3.1 设计指标
• 3.2 SOPC系统的设计流程
• 3.3 控制系统的设计与控制模型的建立
• 3.4 宽幅喷墨打印机的打印模式分析
• 3.5 本章小结
• 4 宽幅喷墨打印机控制器系统的功能模块设计
• 4.1 控制系统功能模块的开发任务及设计流程
• 4.1.1 功能模块的开发任务
• 4.1.2 功能模块的设计流程
• 4.2 宽幅喷墨打印机控制器芯片的选择
• 4.3 Avalon总线的使用
• 4.4 创建Nios Ⅱ系统
• 4.4.1 Nios Ⅱ处理器的内核的选取和设置
• 4.4.2 DDR SDRAM存储器的设计与配置
• 4.4.3 USB2.0通信接口模块的设计与配置
• 4.4.4 DSP Builder控制模块的设计
• 4.4.5 Flash接口模块的设计与配置
• 4.4.6 PLL及相关器件的设计与配置
• 4.4.7 器件的管脚分配
• 4.5 本章小结
• 5 基于DSP Builder的电机控制模块设计
• 5.1 基于DSP Builder的DSP设计
• 5.2 字车伺服电机控制方案设计
• 5.2.1 字车的精确定位
• 5.2.2 直流无刷伺服电机结构及原理
• 5.2.3 PWM伺服驱动技术
• 5.2.4 光栅测量系统
• 5.3 走纸步进电机控制方案设计
• 5.3.1 走纸步进电机细分控制原理
• 5.3.2 细分驱动电路硬件设计
• 5.4 电机控制系统的设计
• 5.4.1 PWM模块的SOPC实现
• 5.4.2 Nios Ⅱ系统中DSP电机控制模块的实现
• 5.5 本章小结
• 6 宽幅喷墨打印机控制系统的软件设计
• 6.1 SOPC控制系统的软件设计
• 6.1.1 控制系统的软件设计任务与流程
• 6.1.2 初始化控制器
• 6.1.3 USB2.0接口的数据接收
• 6.1.4 实现图像的喷印
• 6.2 PC机端软件设计
• 6.3 本章小结
• 7 结论与研究展望
• 7.1 论文总结
• 7.2 后续工作展望与建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读学位期间参加的科研项目