隨著激光打標機應用範圍的不斷擴大，對激光打標的速度和精度要求也越來越高。TI(德州儀(yi) 器)公司的TMS320F2812 DSP，是專(zhuan) 門為(wei) 工業(ye) 控製應用而設計的高速處理器，應用其來開發激光打標控製器具有實際意義(yi) ，文中設計的激光打標控製器應用前景廣闊。

　　1 控製器的工作原理

　　振鏡式激光打標控製器上位機是安裝了打標軟件的計算機，文字和圖形通過圖像處理成大量的打標數據，並在打標軟件界麵上顯示出效果圖。打標數據由USB總線傳(chuan) 輸到擴展存儲(chu) 器RAM上，再由DSP按順序取出送入到D/A轉換芯片中，D/A芯片轉換後輸出-5～5 V的模擬電壓驅動掃描振鏡和控製激光電源的功率，並由一路GPIO(通用輸入/輸出)引腳控製激光能量的開關(guan) ，x、y軸振鏡控製激光焦點在二維平麵上有序移動來完成各種形式的文字、圖形打標。

　　2 振鏡式激光打標控製器的硬件電路設計

　　係統的原理框圖如圖1所示。振鏡式激光打標控製器主要有USB通訊電路、擴展存儲(chu) 器電路、D/A轉換電路和CPLD電路。
 

 
　　2.1 USB通訊接口
 

　　USB通訊模塊采用Cypress公司的CY7C68013，USB與(yu) DSP的連接方法有FIFO和GPIF兩(liang) 種，在本係統中采用了FIFO方式，讀寫(xie) 信號由CPLD和DSP提供。USB芯片的SLOE連接到DSP的外部中斷，其他控製信號由DSP通過CPLD譯碼後與(yu) USB芯片連接，DSP的數據線和兩(liang) 路地址線直接與(yu) USB相連。　

　　2.2 高速D/A轉換電路

　　數模轉換部分為(wei) 控製器的關(guan) 鍵部分。本係統中需要三路D/A，分別控製振鏡x軸和振鏡y軸以及激光功率。對於(yu) 本係統AD7836的主要技術參數都符合要求：

　　(1)單片4路14位D/A轉換;(2)電壓輸出，最大電壓輸出範圍是±10 V;(3)輸出電壓的建立時間典型值為(wei) 16 μs。

　　D/A電壓分辨率為(wei) ：5 V/213=O.61 mV。雙極性和單極性電壓輸出相比電路省去了改變電壓極性的運算放大器，使電路得到簡化。

　　Ad7836支持與(yu) 16位以上微處理器和DSP的接口，包括14位數據線，3位地址線A0、A1、A2，控製信號CS、CLR、WR、SEL。CS處於(yu) 低電平是AD7836被選中;隻有CLR處於(yu) 高電平時D/A轉換器內(nei) 部數據寄存器值才能控製模擬電壓輸出值;WR為(wei) 低電平有效，可以聯合CS使數據寫(xie) 入輸入緩存器內(nei) 。SEL為(wei) 高電平時用戶設定的寄存器E值輸出到VOUT，故可接地。當係統工作時，由於(yu) 采用外部接口XINTF，對D/A芯片的操作和從(cong) SRAM中讀寫(xie) 數據一樣，控製D/A芯片的外部接口2區的起始地址是0X08 0000。可以在程序中隨時改變相應值來控製D/A轉換的電壓值，進而控製打標點的位置。如要打標圖片，則可以按逐行掃描的方式輸出各打標點的位置和激光能量。
DSP與(yu) AD7836的引腳連接如圖2所示。

由於(yu) 使用的振鏡的驅動電壓範圍也是±5 V，在本係統中各通道的參考電壓VREF(+)和VREF(-)分別接±2.5 V。精確±2.5 V參照電壓在硬件電路設計中采用Mroehip公司的專(zhuan) 用2.5 V電壓基準源MCPl525和OP運算放大器MCP606。如圖3所示，+2.5 V的電壓基準由MCPl525產(chan) 生後，為(wei) 了降低噪音，采用了RC低通濾波和MCP606，在這裏MCP606作為(wei) 電壓跟隨器使用。如圖4所示，-2.5 V電壓則由+2.5 V通過兩(liang) 個(ge) 等值電阻和MCP606構成的分壓器產(chan) 生。

　　AD7836和DSP的引腳電壓不同，故不能直接相連，係統中選用了SN74ALVCl64245芯片來隔離兩(liang) 邊的數據總線。其輸出使能控製引腳OE1和OE2均接低電平，數據線的方向DIR1和DIR2都接高電平，保證芯片輸出端隨輸入端即時變化。

　　2.3 擴展數據存儲(chu) 器

　　存儲(chu) 器用來暫存從(cong) 上位機傳(chuan) 來的打標數據，外部擴展存儲(chu) 器采用IS61LV51216，為(wei) 512 kB，16位的SRAM存儲(chu) 器，共有19位地址總線，16位數據總線。本係統中SARAM存取時間為(wei) 10 ns，CMOS工藝，3.3 V供電，輸入輸出為(wei) TTL兼容，適合作為(wei) DSP的外部擴展存儲(chu) 器。存儲(chu) 器通過DSP的外部接口XINTF擴展，采用F2812的/XZCS6AND7引腳作為(wei) 片選，因此對應於(yu) 存儲(chu) 器映射的外部接口6區，地址範圍為(wei) 0X10 0000～0X17FFFF。

　　2.4 CPLD係統

　　本係統中CPLD采用Altera公司的MAX3000A係列的EPM3256A芯片，CPLD的固件用軟件MAX+plusII設計。CPLD主要用來控製USB芯片的數據傳(chuan) 輸，並由其擴展出中斷按鍵和液晶顯示模塊。另外DSP係統預留了多路GPIO接口，可以控製步進電機組成的多維運動控製平台。通過預留GPIO口並使用CPLD芯片，使係統的可擴展性增強。
 

　3 控製器係統軟件開發

　　控製係統的軟件由兩(liang) 部分組成，上位機采用可視化麵向對象語言VB 6.O設計，主要負責打標數據的產(chan) 生和打包傳(chuan) 輸，以及用戶界麵實現人機交互;下位機DSP由C/C++編寫(xie) 係統程序，用TI公司提供的高效的C編譯器和集成開發環境：代碼工作室(CCS)來開發。控製係統的主要流程圖如圖5所示。

圖5 控製係統的主要流程圖

　　打標機開機後下位機程序根據用戶界麵上參數對各芯片和存儲(chu) 器的初始化，參數包括激光能量、掃描次數、文字填充方式等。然後等待上位機由USB接口傳(chuan) 送打標數據，打標數據先保存在數據存儲(chu) 器。這時無論從(cong) 用戶界麵還是鍵盤上發出開始打標指令後，DSP從(cong) 數據存儲(chu) 器中取出打標數據，送入D/A芯片中。D/A芯片輸出相應的電壓驅動振鏡，直到完成本次打標。相同的打標圖形隻需傳(chuan) 輸一次數據，從(cong) 軟件或鍵盤上選擇開始加工按鈕即可。

　　在進行圖形打標時，導入圖形文件並作圖像處理後，轉化成打標位置數據;文字打標時在VisualBasic中調用Windows API函數GetGly-phOutline得到文字的外形輪廓，可以進行放縮、旋轉等操作而不影響文字顯示質量，並通過DrawGlyph函數將其顯示效果在用戶界麵上顯示。圖6是軟件用戶界麵漢字的顯示效果。

　　4 結束語

　　文中介紹了一種基於(yu) TMS320F2812DSP的激光打標控製器，采用了一個(ge) 4路輸出的D/A轉換器來控製振鏡和激光電源，高性能D/A轉換模塊使激光打標的速度和精度有較大提高，使用USB接口使打標控製器可以即插即用，且提升了數據傳(chuan) 輸的穩定性。係統上位機用Visual Basic編程，下位機用C語言編程，程序移植容易。開發出的打標係統在速度、精度上均達到了理想的效果。文中描述了軟硬件係統，對振鏡式激光打標控製器的設計有普遍的參考價(jia) 值。