基于DSP的高速激光標記控制系統

2.3 CPLD邏輯控制

整個(gè)高速系統的邏輯控制是通過(guò)高速CPLD芯片來(lái)實(shí)現的。選用ALTERA公司的MAX7128E芯片實(shí)現，可用編程邏輯門(mén)為2500，宏單元數128，邏輯陣列塊數8，用戶(hù)可定義I/O腳100個(gè)，pin-to-pin延時(shí)為5ns。MAX7000系列器件可以通過(guò)編程器進(jìn)行編程，也可以在線(xiàn)編程。本設計采用了在線(xiàn)編程（ISP）。ISP允許在設計開(kāi)發(fā)過(guò)程中迅速方便地重復編程，簡(jiǎn)化了制作過(guò)程，允許器件在編程之前就先裝配到印制板上。

系統設計中LED信號燈、FLASH、DA芯片、16路I/O光電隔離接口、模擬開(kāi)關(guān)、Q開(kāi)關(guān)、PWM輸出、軟件復位控制都使用了CE1空間的地址，為了防止這些器件的互相干擾，必須對輸入地址進(jìn)行譯碼。通過(guò)判斷輸入到CPLD的PA[2：6]和PA[16：21]可以知道DSP正在訪(fǎng)問(wèn)的地址區域，進(jìn)行CE1空間的地址譯碼，從而產(chǎn)生相應的控制信號，以實(shí)現邏輯控制和時(shí)序控制。

CPLD上構建的寄存器的高地址都是一樣的，命名為dsp_reg_addr，由Pa16~21構成，若Pa16~21設置為111000即表示地址0x0178xxxx。

低地址由Pa2~6構成，對10個(gè)寄存器尋址，地址對應關(guān)系見(jiàn)表1所示。

表 1地址分配表

2.4 數模轉換模塊

數模轉換模塊將DSP處理完的數字信號轉換為模擬信號以控制兩路振鏡的偏轉。由于現在對標記精度的要求越來(lái)越高，傳統的8位數模轉換器已無(wú)法滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，因此本系統選用ADI公司的16位高精度數模轉換器AD669芯片，如圖2所示。AD669為16位并行輸入，二級數據緩存結構。設計中將/L1信號直接接地設置為有效，通過(guò)控制/CS和LDAC信號分別控制一級緩存和二級緩存?？刂普耒R信號的電壓范圍為-10V～+10V，以標記100mm×100mm幅面大小的標牌為例，精度可達100mm/216=0.0015mm，對應最小輸出電壓為0.00031V。

經(jīng)實(shí)驗發(fā)現，在上電時(shí)，AD669芯片的輸出為一不可控量，會(huì )使振鏡在上電瞬間有一個(gè)偏轉，倘若偏轉幅度過(guò)大，長(cháng)期使用會(huì )導致振鏡的斷裂。為了保護振鏡，可設計一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)電路以控制AD669芯片上電時(shí)的輸出，使其為0V。筆者將模擬開(kāi)關(guān)放在A(yíng)D669芯片的參考電壓輸入端，通過(guò)CPLD實(shí)現對模擬開(kāi)關(guān)的控制，來(lái)控制參考電壓的有無(wú)，從而保證在上電時(shí)振鏡不偏轉。

3 PCB設計

該控制板卡選用主頻200MHz的高速DSP處理芯片，高速信號系統中，存在EMC問(wèn)題，將影響系統的性能。為了設計出一塊穩定，抗干擾性能好的控制板卡，采取了以下措施

1、板層的合理安排

該控制板卡為六層板，板層設計為（從頂層到底層依次）信號層-地層-電源層-信號層-地層-信號層。這樣的板層結構安排，使每一個(gè)信號層和電源層都緊鄰一個(gè)地層，給信號提供一個(gè)較短的回流路徑。

2、時(shí)鐘信號線(xiàn)的處理

PCI時(shí)鐘信號的一半要靠反射波來(lái)提升，因此，時(shí)鐘信號CLK走線(xiàn)長(cháng)度近似為2500 mil，走蛇形線(xiàn)實(shí)現（此點(diǎn)在PCI2.2規范的走線(xiàn)要求中有明確規定）。對于DSP芯片，晶振電路盡量靠近DSP芯片，且時(shí)鐘信號盡量短。

3、SDRAM相關(guān)信號線(xiàn)的處理

SDRAM工作頻率為100MHz，在高頻下，信號的傳輸時(shí)間和信號的走線(xiàn)長(cháng)度有直接的關(guān)系，已不能忽略此問(wèn)題。因此SDRAM的數據線(xiàn)和地址線(xiàn)要等長(cháng)走線(xiàn)，以保證信號傳輸的質(zhì)量。另外，串擾和振鈴問(wèn)題在高頻下也極易出現，對SDRAM和DSP接口的控制信號和數據、地址總線(xiàn)信號，在源端串接匹配電阻以提高信號傳輸質(zhì)量，保證SDRAM在高頻下能正常工作。

4、數模電路的隔離處理

控制板卡上有數字電路和模擬電路，在布局時(shí)，必須考慮數模電路的隔離問(wèn)題，盡量將數字電路和模擬電路分塊布局，避免數字信號走線(xiàn)跨越模擬電路區域，以防止兩塊電路間的相互干擾。另外數字電路和模擬電路通過(guò)0歐電阻一點(diǎn)共地。

5、電容的使用

在每個(gè)數字芯片的電源引腳旁邊放置一個(gè)1.01uF的去耦電容。

4 總結

本系統將高速PCI總線(xiàn)與C6000高速DSP處理器相結合，配以高精度的數模轉換模塊，實(shí)現了一套高速高精度的控制系統，并將其成功的運用到振鏡激光標記系統。該系統充分利用了DSP的高速處理能力和內部的高精度定時(shí)器，分擔了PC機的實(shí)時(shí)性任務(wù)，從而實(shí)現了PC機與DSP控制板卡的優(yōu)勢互補，實(shí)現了實(shí)時(shí)性標記，保證了標記質(zhì)量的均勻性。本文還給出了DSP控制板卡在PCB設計階段的注意點(diǎn)，該板卡已在生產(chǎn)實(shí)際中投入使用，具有較好的穩定性和抗干擾性。