基于PCI的激光标刻控制系统研究

摘 要：介绍一种基于PCI总线的激光标刻控制系统设计。系统采用PLX公司PCI总线控制芯片PCI9052作为接口芯片；采用Altera公司的CPLD控制器件EPM7064和AHDL编程语言，设计IP软核，实现局部总线的译码及功能电路的逻辑控制；基于IP核的PWM控制电路控制时钟取自33 MHz的PCI总线时钟，分频获得8位控制精度的PWM占空比调节，实现了高精度的固定频率和可变频率的PWM信号输出。配合硬件设计开发了测试软件和激光标刻应用软件，加快了硬件的设计过程和推广应用。
关键词：激光标刻；PCI总线；CPLD；IP核；PWM电路

0 引 言
由于激光具有优异的单色性、相干性、方向性，同时具有很高的能量密度，因此广泛应用于材料加工。随着物品打标过程中对防伪、精度、环保等方面的需求日益提高，激光标刻设备，特别是激光飞动标刻设备的应用日益广泛引。在此，主要介绍了激光标刻控制系统软硬件设计，着重分析了基于PCI的控制卡电路设计中的关键问题，同时介绍了标刻软件的主要功能。该控制系统具有4路16位D／A输出、3路16位计数器、4路DI／DO、1路PWM激光功率控制输出功能。系统在应用中性能稳定，功能完备，已应用于工业生产。

1 激光标刻控制卡设计
激光标刻系统控制卡是整个控制系统的中枢，连接着控制软件与执行机构。控制卡结构如图1所示，包括基于PCI总线接口控制电路、本地逻辑控制电路及功能电路等3部分组成。

PCI接口电路用于实现PCI总线逻辑到本地逻辑的转换。系统采用PLX公司PCI总线控制芯片PCl9052作为接口芯片，采用E2PROOM配置芯片作为HT93LC46。由于接口芯片的丰富功能，简化了接口设计，使工作集中在本地逻辑设计上，采用WDM驱动程序，实现计算机对设备的统一管理。本地逻辑控制电路采用IP核实现局部总线的译码及功能电路的逻辑控制，通过Altera公司的CPLD控制器EPM7064设计实现，可在线编程扩展接口控制功能。功能电路包括D／A电路、I／O电路、PWM电路及计数器电路等组成部分；系统选用模拟器件公司D／A控制器件AD7847或AD5547作为关键器件，实现一5～+5 V及0～10 V模拟电压输出。
1．1 基于IP核的固定频率PWM电路设计
在CO2激光标刻设备中，控制卡通过PWM电路输出脉宽频率可调的控制信号对激光电源的放电时间进行控制，以实现对激光输出功率的精确控制。设计中采用CPLD，使设计配置非常灵活，可根据整体需要设计相应功能的IP软核，节约板载资源。方案采用Al-tera公司的硬件编程语言AHDL设计；结合器件EPM7064SLC44-10实现PWM控制器。基于IP核的PWM控制电路，控制时钟取自33 MHz的PCI总线时钟，可有效利用接口资源。
IP软核4 kHz的输出频率通过对33 MHz时钟8 196分频获得。8位的控制精度可实现占空比0～1的256级调节，其软核的原型符号如图2所示。其中，Load作为控制数据载入控制端，在该信号有效时，将8位控制数据IN[7．．O]载入内部控制寄存器。EN信号为输出有效信号，用于控制PWM输出，当该信号有效时，输出PWM。LCLKIN信号提供IP软核的工作频率，PWM输出信号的基频是由该信号分频得出的。