嵌入式激光打标机运动控制卡硬件系统设计

摘  要

激光打标机是在激光焊接、激光热处理、激光切割、激光打孔等应用技术之后发展起来的一门新型非接触、无污染、无磨损的加工技术。目前，在激光打标系统中，硬件控制电路都是基于计算机ISA 总线或者PCI 总线而设计的，必须安装在计算机主板的ISA总线或PCI总线扩展槽中。因此整个系统庞大，沉重，在调试、使用中不方便，而且，硬件安装于计算机主板上，降低了打标系统的稳定性。为此本文给出一种新的不依赖于计算机ISA总线和PCI总线的嵌入式激光打标控制器。

本文首先对激光打标系统进行分类介绍，并阐述了激光打标系统的一般组成和国内外激光打标的现状，在分析了几种常见的计算机与外设接口的特征后，提出了USB2.0接口激光打标控制器的设计思想。本文在介绍了USB2.0通信协议以后，决定采用Cypress公司的EZ-USB FX2来建立上位机与DSP的通信平台，并设计了FX2与DSP的通行接口和相关的固件程序框架。

本系统将应用TMS320C6211作为控制芯片，它全速运行时性能高达1333MIPS，最高可扩展512MB存储容量，能很好的完成数据传输、计算和图片存储功能。文中着重介绍了DSP最小系统的实现，存储芯片的扩展。最后采用ADI公司16位串行D/A转换芯片DA5061实现与DSP的连接，输出模拟电压控制步进电机工作。

关键词：激光打标； 控制器； USB2.0； DSP； 串行D/A转换

目 录

1  绪  论 1

1.1  激光打标概述 1

1.2  激光标刻机的分类 1

1.2.1  掩模式打标系统 2

1.2.2  阵列式打标系统 2

1.2.3  扫描式打标系统 2

1.3  激光打标系统的一般组成 3

1.4  国内外激光打标的市场现状 4

1.5  研究课题内容和意义 6

2  激光打标运动控制卡接口设计 7

2.1  常见计算机接口 7

2.2 USB2.0通讯协议 8

2.2.1  USB的总线拓扑体系 8

2.2.2  USB数据传输格式 9

2.2.3  USB总线传输 11

2.3  USB2.0接口控制芯片 13

2.3.1  控制芯片选型 13

2.3.2  EZ-USB FX2芯片资源介绍 15

2.3.3  USB.2.0接口模式的设计 16

2.4  USB2.0固件开发 19

2.4.1  USB2.0固件整体描述 19

2.4.2  固件程序框架设计 20

3  运动控制卡控制单元设计 22

3.1  控制器硬件组成及工作原理 22

3.2  DSP芯片的概述 22

3.2.1  主要DSP芯片厂商及其产品 23

3.2.2  DSP芯片的选型参数 24

3.3  DSP控制单元设计 26

3.3.1  TMS320C6211 DSP的结构特点 26

3.3.2  最小系统设计 29

3.3.3  DSP外设接口设计 32

4  D/A转换单元设计 35

4.1  D/A转换的基本原理 35

4.2  转换方式 36

4.3  D/A转换芯片性能参数 37

4.4  D/A接口硬件设计 37

5  结束语 39

参考文献 41

致 谢 43

附 录 44