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基于FPGA的高速工业标记控制系统的设计实现

作　者: 廖欣
导　师: 刘晓明
学　校: 重庆大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 标记打印机 FPGA 插补算法 梯形速率控制 TTF
分类号: TP273.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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引　用: 1次
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内容摘要


在工业领域中,经常需要在产品表面留下永久性的标识,通常作为便于今后追踪的商标、流水号、日期等等。特别在机械行业对零部件的管理,在市场上需要对其进行识别和质量跟踪。机械行业在零部件上的标记打印在追求美观的同时,要求有一定的打印速度和打印深度。标记打印能够为企业提供产品的可追溯性,更好的贯彻ISO9000标准。由于传统的标记打印在打印效率、美观以及防伪等方面存在问题,不适应现代化大生产要求,而激光打印技术虽然较好的克服了传统工艺的许多缺点,但激光器在恶劣的生成现场缺乏长期稳定性的工作特点的制约,不能完全满足生产实际的需要。为了弥补上述不足,适应大批量生产发展需要,气动标记打印技术成为一种较好的选择。本课题在分析了现在市场上存在气动标记刻印系统的优缺点后,针对现有的标记打印机打印速度相对较慢,打印精度相对较低以及控制软件不灵活的缺点,设计了一套新的控制方案,使用FPGA作为核心控制器,配合PC机标记打印软件工作,代替以往PC或单片机的控制。该方案充分利用了FPGA可以高速并行工作的特点,能够高精度平稳的输出控制脉冲,使打印过程平稳进行。本文描述了从总体方案设计到一些关键模块的设计思路和设计细节。根据设计要求,总体方案中提出了整个控制系统的划分和关键设计指标上的考虑。在硬件设计方面完成硬件电路设计,包括接口电路设计和抗干扰设计;在设计FPGA控制器时,采用了优化后的比较积分直线插补算法使得输出的插补脉冲均匀稳定;采用梯形速率控制算法,克服了速度突变情况时的失步或过冲现象;在软件方面,新开发了一套PC工业标记系统软件,采用了多线程技术和TTF矢量字库等技术。整套标记打印系统经过较长时间的运行调试,表现稳定,现已经试用性投放市场.从生产厂家重庆恒伟精密机械有限公司和客户的反馈信息来看,系统工作稳定,打印速度达到设计指标,能够在256细分下驱动电机平稳快速运动,打印精度高,达到市场领先水平,并且得到客户充分的肯定。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
1 绪论  9-13
  1.1 工业标记系统的研究意义  9-11
  1.2 工业标记刻印系统的现状和发展方向  11-12
  1.3 本课题的主要工作内容  12-13
2 方案设计  13-18
  2.1 标记系统工作原理和系统需求  13-14
    2.1.1 标记系统工作原理  13
    2.1.2 系统需求  13-14
  2.2 方案对比  14-15
    2.2.1 PC 机作为控制器  14
    2.2.2 单片机/数控卡作为外部控制器  14-15
    2.2.3 FPGA 作为外部控制器  15
  2.3 系统方案的确定  15-18
3 硬件及控制器设计  18-28
  3.1 设计指标  18
  3.2 硬件电路设计  18-20
    3.2.1 数据通信模块设计  18-19
    3.2.2 接口电路设计  19-20
    3.2.3 电路抗干扰设计  20
  3.3 FPGA 控制器设计  20-28
    3.3.1 控制器总体设计  20-21
    3.3.2 直线插补运动  21-25
    3.3.3 梯形升降频控制  25-27
    3.3.4 外部信号管理  27-28
4 软件设计  28-50
  4.1 软件需求及总体设计  28-30
    4.1.1 软件需求  28
    4.1.2 软件总体设计  28-30
  4.2 矢量字体  30-39
    4.2.1 TTF 字库简介  30-33
    4.2.2 Bezier 曲线  33-34
    4.2.3 B 样条曲线  34-36
    4.2.4 字体显示  36-39
  4.3 界面设计  39-44
    4.3.1 拾取图形  40-41
    4.3.2 标记编辑  41-42
    4.3.3 多国语言支持  42-43
    4.3.4 图元文件  43-44
  4.4 软件设计其他方面  44-50
    4.4.1 多线程原理  44-45
    4.4.2 打印演示设计  45
    4.4.3 数据通信设计  45-47
    4.4.4 开关气延时处理  47-48
    4.4.5 系统误差  48-50
5 工作总结与展望  50-51
  5.1 工作总结  50
  5.2 后续工作  50-51
致谢  51-52
参考文献  52-54
附录  54-55
  A. 作者攻读硕士学位期间参加的科研和发表论文情况  54-55
  B. 工业标记系统打印实物照片  55

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统 > 计算机控制、计算机控制系统
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