基于ARM和FPGA的电子喷绘系统设计

【摘要】本课题为与皇剑数码科技(上海)有限公司合作的项目，该公司迈杰特喷绘机存在数据通信速率慢及误码率高、伺服电机可控性单一、喷头保护性能差和上位机界面不够友好且维护复杂等问题。另外，由于喷绘机种类不同而硬件结构迥异导致无法量产的问题和低的硬件平台无法实现独立于计算机的分布式仪器互联的网络化的问题尤为突出。本文从硬件和软件两个方面来解决以上问题。首先，本文基于ARM和FPGA设计了电子喷绘机的硬件平台。采用ARM9嵌入式设计，可借助于其USB模块完成上位机软件与底层硬件间的通信，避免了采用PCI通信方式而造成的硬件结构迥异的问题；又可凭借其网络通信模块实现分布式仪器互联的网络化。采用PECL接口替换TTL接口的光电模块把数据通信速率由先前的85Mbps提升到了1.25Gbps，采用8B/10B编码和NRZI编码取代4B/5B编码来降低误码率；利用FPGA编写可连续控制伺服电机速度和加速度的控制器来增强对伺服电机的可控性；采用过压传感器结合继电器设计喷头保护电路来增强其可靠性。其次，采用Verilog语言实现FPGA光纤通信系统和运动伺服系统各模块的功能。光纤通信系统又包含位同步时钟提取模块、8B/10B编解码器模块和NRZI编解器模块；运动伺服系统又包含时钟产生模块、脉冲控制模块、谐波脉冲生成模块和谐波脉冲叠加模块等。这些模块都利用DA(DesignAnalyzer)、QuartusII以及Modelsim等EDA工具完成综合与仿真且都很好地满足了系统的要求。最后，利用VC++的MFC组件开发了喷绘机上位机软件。主要改善操作界面的友好性和简化维护工作。合理的窗口拆分、高彩色工具条和运动工具条的设计增强了软件的可视化和可操作性；采用DLL使程序设计模块化便于软件的更新与维护，另外采用InstallShield软件可很方便地针对用户的不同要求对程序进行包装和发布。
【作者】管绍军；
【导师】李欣；
【作者基本信息】哈尔滨理工大学，通信与信息系统，2012，硕士
【关键词】喷绘机；ARM；FPGA；MFC；

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