基于FPGA的激光打標控制卡的設計與實現(xiàn).pdf

1、激光標刻是一種利用高能量激光束在物件表面作永久性刻蝕的技術(shù)。激光打標控制卡是連接圖形處理計算機和控制激光振鏡掃描電機的核心設備，是決定激光標刻質(zhì)量的重要部件。傳統(tǒng)激光打標控制卡是基于ISA總線或PCI總線模式的，其必須要安插在計算機內(nèi)一起使用，不支持熱插拔，增加了激光打標控制卡的成本和體積，同時也影響了其穩(wěn)定性。本文設計并實現(xiàn)了一種基于FPGA的激光打標控制卡，接口采用USB總線，傳輸速率高且支持熱插拔，本文做了以下幾個方面的工作：

2、r>　?。?）設計并制作了一種基于 FPGA的激光打標控制卡。在硬件設計方面給出了激光打標控制卡的硬件結(jié)構(gòu)框圖和電路原理圖，該激光打標控制卡選用EP3C16Q240C8芯片作為主控模塊進行控制和協(xié)調(diào)各個模塊間的正常運作， EP3C16Q240C8芯片通過控制FT2232H芯片接收上位機所傳輸?shù)臉丝虜?shù)據(jù)，并將接收到的標刻數(shù)據(jù)緩存至 MT48LC16M16A2芯片中，待數(shù)據(jù)接收完整后，最終將標刻數(shù)據(jù)分別傳輸至激光器和X-Y振鏡從而實現(xiàn)上位機

3、的圖像標刻；在編程設計方面給出了激光打標控制卡的內(nèi)部功能框圖、程序設計以及協(xié)議制定，F(xiàn)T2232H芯片配置了的同步FIFO模式，對USB通信模塊、SDRAM存儲模塊、CPLD加密模塊進行了編程設計和程序?qū)崪y，并給出了FPGA內(nèi)部功能仿真圖，制定并規(guī)范了上位機和硬件之間的握手協(xié)議和指令數(shù)據(jù)格式。該激光打標控制卡在工廠實測的過程中，運行速度較快、穩(wěn)定性較強、標刻精度較高、保密性較好。
　　（2）設計了一種激光打標圖像驗證裝置。該裝置首

4、先是通過主控模塊 FPGA來控制串口線進行激光打標卡的數(shù)據(jù)采集，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)檢測、判別和存儲后篩選出振鏡坐標數(shù)據(jù)和激光器開關(guān)光數(shù)據(jù)，通過USB總線將數(shù)據(jù)傳輸至PC上位機，最終由上位機還原數(shù)據(jù)實現(xiàn)圖像的模擬標刻，該裝置的數(shù)據(jù)采集遵循XY2-100協(xié)議， FPGA主控模塊選用Cyclone III芯片，USB傳輸模塊選用FT2232H芯片。該裝置能夠快速、完整的獲取激光打標控制卡在進行圖像標刻過程中的實時數(shù)據(jù)，并能在上位機模擬繪制出實際標刻

5、的圖案，可以解決激光打標控制卡在開發(fā)制作過程中標刻圖像驗證困難的問題。實驗結(jié)果表明，該硬件裝置運行穩(wěn)定、精度較高、圖案驗證性強。
　?。?）設計了一種低復雜度的激光打標拐點檢測算法。該方法是一種基于斜率差的拐點檢測算法，目的是為了改善激光打標系統(tǒng)中圖像解算的拐點檢測率，從而提高激光標刻的質(zhì)量。該算法以計算標刻圖像中相鄰兩點間偏移坐標的斜率，以相鄰坐標點連線的斜率之差作為判決條件檢測提取拐點。新算法相對于傳統(tǒng)算法而言，具有檢測準確度