0 引 言

　　由於(yu) 激光具有優(you) 異的單色性、相幹性、方向性，同時具有很高的能量密度，因此廣泛應用於(yu) 材料加工。隨著物品打標過程中對防偽(wei) 、精度、環保等方麵的需求日益提高，激光標刻設備，特別是激光飛動標刻設備的應用日益廣泛引。在此，主要介紹了激光標刻控製係統軟硬件設計，著重分析了基於(yu) PCI的控製卡電路設計中的關(guan) 鍵問題，同時介紹了標刻軟件的主要功能。該控製係統具有4路16位D／A輸出、3路16位計數器、4路DI／DO、1路PWM激光功率控製輸出功能。係統在應用中性能穩定，功能完備，已應用於(yu) 工業(ye) 生產(chan) 。

　　1 激光標刻控製卡設計

　　激光標刻係統控製卡是整個(ge) 控製係統的中樞，連接著控製軟件與(yu) 執行機構。控製卡結構如圖1所示，包括基於(yu) PCI總線接口控
 

製電路、本地邏輯控製電路及功能電路等3部分組成。

　　PCI接口電路用於(yu) 實現PCI總線邏輯到本地邏輯的轉換。係統采用PLX公司PCI總線控製芯片PCl9052作為(wei) 接口芯片，采用E2PROOM配置芯片作為(wei) HT93LC46。由於(yu) 接口芯片的豐(feng) 富功能，簡化了接口設計，使工作集中在本地邏輯設計上，采用WDM驅動程序，實現計算機對設備的統一管理。本地邏輯控製電路采用IP核實現局部總線的譯碼及功能電路的邏輯控製，通過Altera公司的CPLD控製器EPM7064設計實現，可在線編程擴展接口控製功能。功能電路包括D／A電路、I／O電路、PWM電路及計數器電路等組成部分；係統選用模擬器件公司D／A控製器件AD7847或AD5547作為(wei) 關(guan) 鍵器件，實現一5～+5 V及0～10 V模擬電壓輸出。

　　1．1 基於(yu) IP核的固定頻率PWM電路設計

　　在CO2激光標刻設備中，控製卡通過PWM電路輸出脈寬頻率可調的控製信號對激光電源的放電時間進行控製，以實現對激光輸出功率的精確控製。設計中采用CPLD，使設計配置非常靈活，可根據整體(ti) 需要設計相應功能的IP軟核，節約板載資源。方案采用Al-tera公司的硬件編程語言AHDL設計；結合器件EPM7064SLC44-10實現PWM控製器。基於(yu) IP核的PWM控製電路，控製時鍾取自33 MHz的PCI總線時鍾，可有效利用接口資源。

IP軟核4 kHz的輸出頻率通過對33 MHz時鍾8 196分頻獲得。8位的控製精度可實現占空比0～1的256級調節，其軟核的原型符號如圖2所示。其中，Load作為(wei) 控製數據載入控製端，在該信號有效時，將8位控製數據IN［7．．O］載入內(nei) 部控製寄存器。EN信號為(wei) 輸出有效信號，用於(yu) 控製PWM輸出，當該信號有效時，輸出PWM。LCLKIN信號提供IP軟核的工作頻率，PWM輸出信號的基頻是由該信號分頻得出的。

　　軟核內(nei) 部控製語句如下，其中PWMDATA為(wei) PWM波輸出的控製邏輯，當其輸出為(wei) 高電平時，輸出進行翻轉。

　　END IF; 　　END IF； 　　軟核的仿真波形及示波器輸出波形如圖3所示。

1．2 基於(yu) IP核的頻率可調PWM電路設計

　　頻率、脈寬可調的PWM發生電路中原形符號如圖4所示。其中，EN信號使能該器件；WR寫(xie) 信號與(yu) PFD0，PFDl及PCD0，PCDl配合，實現頻率及脈寬控製字的寫(xie) 入，控製位寬為(wei) 12位，實現4 096級調節。LclkIn為(wei) 全局時鍾信號，該信號來自8分頻後的33 MHz的PCI接口時鍾，因此IP核能實現1 kHz～4 MHz的頻率調節及0～100％內(nei) 最大4 096級的占空比調節。8位數據寬度的DATAIn接El用於(yu) 控製數據的輸入。IP核功能實現的程序如下：

　　功能仿真波形如圖5所示。

　　采用IP核實現頻率可調的PWM發生電路時對邏輯器件內(nei) 部資源的消耗較大，相比之下，固定頻率的IP占用的邏輯資源較少，因此更適合用於(yu) 為(wei) 激光器頻率固定的應用場合提供高精度的脈寬調製。

　2 控製軟件介紹

　　針對板卡的調試及實際激光標刻係統的應用，分別開發了TestStar硬件板卡測試軟件及LaserStar激光標刻軟件係統。

　　板卡功能測試軟件能完成對板卡所有功能的測試。

　　不僅(jin) 提供通道選擇功能，用於(yu) D／A控製輸出的測試；而且提供DI輸入信號檢測，DO輸出信號測試；以及COUNTER計算器測試等功能。通過測試軟件的設計，提高了係統設計的效率，同時可分開對各模塊的實際效能進行測試，及時發現各個(ge) 模塊設計的不足，使係統在實際標刻過程中更穩定。

　　激光標刻軟件係統可方便地編輯單線體(ti) 文字、TTF文字、日期、時間、序列號；可自動進行圖形對齊、圓形排版功能；可以用鼠標繪製圖形；可方便地導入PLT圖形文件，以及從(cong) BMP圖像提取圖形輪廓。它在不影響生產(chan) 線正常運作的情況下，可實現流水生產(chan) 線上產(chan) 品的激光在線標刻，從(cong) 而大大提高生產(chan) 效率。標刻速度範圍達到O～60 m／min或1～20標／s。

　　係統可方便地修改標刻內(nei) 容，設置標刻功率大小、速度快慢等控製參數。標刻線條流暢，深淺自如。用戶還可設計特殊的防偽(wei) 碼，因為(wei) 采用了數據加密技術，不同的用戶即使都擁有標刻係統，也不能標刻完全一樣的內(nei) 容，使得係統具備良好的防偽(wei) 標刻功能。係統標刻的實際標刻效果如圖6所示。

　　3 總結與(yu) 展望

　　基於(yu) 計算機PCI總線設計激光標刻控製係統，提高了控製指令發送速度和控製精度。設計開發了Win-dows 2000／xP下的WDM驅動程序；提高了係統的穩定性；減少了硬件兼容性及誤操作造成的係統死機、藍屏等現象。采用CPLD器件將本地邏輯處理及控製數據的存儲(chu) 等功能集於(yu) 一身；采用Altera公司的硬件編程語言AHDL設計了IP軟核；結合器件EPM7064SLC44-10實現固定頻率及可變頻率的PWM信號精確輸出，減少了分離器件的使用，使係統模塊化程度大大提高，簡化了PCB布局布線，同時利於(yu) 係統的升級和擴展。利用CPLD優(you) 良的加密性能，將係統特征信息及加密邏輯存儲(chu) 其中，與(yu) 控製軟件配合實現係統的硬件加密，確保係統的惟一性，可有效提高標刻內(nei) 容的防偽(wei) 能力。該控製係統已經在工業(ye) 領域得到廣泛應用。