FPGA在洗片机控制系统中的应用

2012-09-14 13:51:39来源: 21ic
   

摘要:一种基于 FPGA的洗片机控制系统的设计,给出了系统的工作原理与设计方案,重点论述了FPGA在系统中应用与具体实现。该系统实现了在0℃~50℃范围内精度0.1℃的测量与控制。相对于传统的单片机系统,本系统具有结构简单、易于升级、抗干扰能力强等特点,能够在恶劣环境下工作,具有非常广阔的市场前景。

洗片机作为一种用于X射线透射胶片和CT胶片的显影、定影、清洗和烘干的仪器,在当今各行业都有着广泛的应用。传统的洗片机由于自动化程度不高,所以对操作人员有严格的技术要求,药液日积月累也会对人体造成一定的伤害,并且社会的发展也对洗片机的精度提出了越来越高的要求,所以新型的高自动化,高精度的洗片机日益成为研究的重点。本文重点介绍了FPGA在这样一种新型洗片机控制系统中的应用。

洗片机工作原理及实现方案

洗片过程主要由显影、定影、冲洗和烘干四部分组成。胶片先后经由滚轴传送至显影及定影箱的药液中,然后再经过冲洗槽由清水冲洗,最后烘干,整个洗片即完成。四个过程对显影、定影温度,胶片传送速度均有严格的要求。

该控制系统主要由FPGA、A/D转换器,温度传感器,光电耦合器,PWM控制器等器件组成。系统上电以后,由PWM控制器来控制电机的转动速度。电机转轴上的码盘带有圆孔,两端装有光电耦合器。电机转动以后,光电耦合器两端就会生成一正弦波信号,信号经过施密特反向触发器后变为一方波,振幅与正弦波相反。同时,温度传感器测量显影箱与定影箱的实际温度,经过A/D转换器将模拟信号转换成数字信号。然后系统将电机转动的速度信号、显影、定影的实际温度信号和拨码盘上的设定温度信号经过5v到3.3v的转化后传送到FPGA进行处理,从而生成系统需要的控制信号。本文重点介绍了FPGA在本系统中的应用。系统的结构如图1所示。

3 FPGA在系统中的应用

3.1 FPGA的性能及特点FPGA即现场可编程门阵列,是在CPLD的基础上发展起来的新型高性能可编程逻辑器件。它一般采用SRAM工艺,也有一些专用器件采用FLASH工艺或反熔丝(Anti-Fuse)工艺等。FPGA集成度很高,其器件密度从数万系统门到数千万系统门不等,可以完成极其复杂的时序与组合逻辑电路功能,适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。FPGA的基本组成部分有可编程输入/输出单元、基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元、内嵌专用硬核等。FPGA还支持多种单端I/O标准接口、系统所需的PCI标准接口、数据速率高达640Mbps的LVDS标准接口等,甚至一些高端产品可以通过DDR寄存器技术支持高达2Gbit/s的数据速率。该器件还可以支持使用低价位的串行配置器件来对该系列器件进行配置;器件内部含有锁相环(PLL),可以用做时钟的倍频、分频以及移相等操作;内部每个逻辑阵列块(LAB)可与多个全局时钟,用于系统的多时钟驱动。FPGA的主要器件供应商有Xilinx、Altera、Lattice、Actel和Atmel等。

3.2FPGA的内部模块设计

FPGA内部包含实际温度的读取、设定温度的读取、实际温度的换算、实际温度与设定温度的比较及加温控制、速度的测量、定时、十进制码与LED显示码的转换、串行口显示等模块。其内部结构原理图如图2所示。

[1] [2]

关键字:FPGA  洗片机控制系统

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0914/article_3158.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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