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文档简介

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 流水线上嵌入式喷码机系统设计 摘 要: 在现代的生产流水线上 离不开喷码机的使用,国内传统的喷码 机大部分都是以 8/16 位单片机为控制器 的系统,依托于庞大的上位机,成本昂 贵且不利于维护,为了提高喷印效率的 同时又能降低喷码机的成本以及方便使 用,设计一种嵌入式喷码机。采用三星 公司基于 ARM920T 内核的 S3C2440A 芯片作为中央处理器,利用 XAAR 公 司的 XJ128 喷头搭建嵌入式系统硬件平 台,基于 WinCE 操作系统,开发相应 的喷码器应用程序。该系统体积小巧, 灵活性强,并且带有触摸屏,操作简单, 成本较低易于移动,同时也更方便后期 维护和升级。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中国论文网 /8/view-12762688.htm 关键词: 嵌入式; 喷码机; S3C2440A; WinCE 中图分类号: TN06?34; TP23 文献标识码: A 文章编号: 1004?373X( 2014)09?0107?04 0 引 言 对于生产线上需要喷印的产品, 喷印的图像既要清晰又要快速。如何更 好地保证喷印质量和效率是喷码设备生 产企业一直不断创新的方向。喷码设备 对于建立产品个性化特点,通过包装展 现产品的独特个性,是企业赢得消费者 的关键。目前墨水喷码机的市场很大部 分已被激光喷码机占据,但激光喷码机 因为材质的限制也不可能完全替代墨水 喷码机。而且现在国内主流的墨水喷码 机一般都采用 8/16 位单片机作为其控制 器,利用 PC 机做上位机,这在一定程 度上加大了成本,浪费了资源,此外, 由于尺寸的限制,不利于后期的维护和 移动。由此设计一种体积小巧,携带方 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 便,不依赖于 PC 机的基于 S3C2440A 的嵌入式喷码机系统。 1 总体设计 嵌入式喷码机的设计包括硬件系 统和软件系统的设计,硬件系统主要以 S3C2440A 芯片为中央处理器,采用 XAAR 公司的 XJ128 喷头,并结合外围 电路。软件系统主要基于 WinCE 操作 系统,根据硬件电路,开发出 WinCE 的驱动程序,编写针对喷码机功能操作 界面的应用程序。开机后,操作者只需 在喷码机自带的触摸屏上点击选择喷印 内容,点击打印,喷码机开始喷印工作。 操作简单,喷印内容也可以随意更改。 2 硬件设计 三星公司推出的 16/32 位 RISC 微处理器 S3C2440A1为手持设备提供 了低价、低功耗、高性能小型微控制器 的解决方案。S3C2440A 基于 ARM920T 内核1 ,采用了 AMBA(Advanced Micro controller Bus Architecture)的总线架构。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 英国赛尔(XAAR)公司的 XJ128 喷头由 128 个并行排列的通道组 成,喷头中的 128 个喷嘴都是以“二态” 形式动作的。喷头的电气接口主要是负 责数据的传输和命令的控制,即外部控 制器可以通过电气接口使喷头正常工作。 系统总体硬件设计图如图 1 所示。 以 S3C2440A 微处理器为中心,包括电 源电路和复位电路、ARM 芯片的外部 扩展电路及屏幕显示、串口通信等电路 等。 图 1 总体硬件设计图 2.1 电源和复位电路 由于芯片 S3C2440A 需要 3.3 V 的外部 I/O 供电,1.8 V/2.5 V/3.3 V 的 存储器供电,1.25 V 的内核供电,而且 喷头需要 5 V 和 35 V 两种供电电压, 后续使用的光电传感器需要 12 V 的电 源供电,所以在硬件设计中不得不考虑 到电源部分的设计2。电源示意图如图 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 2 所示。 图 2 电源示意图 图 2 中,220 V 交流电压经过变 压器,整流、滤波和稳压电路,输出稳 定的直流电压 12 V,12 V 分别通过 XL6009E1 升压芯片和 LM2596 降压两 种电压转换电路,得到 35 V 和其他较 小的电压值,35 V 通过滤波电容后给 XJ128 喷头提供电源,其他电压则给 S3C2440A 内核及其他外围电路供电。 运用电压转换芯片的好处是结构简单, 转换效率高,输出负载电流大。 复位电路采用专用的复位芯片 MAX811 组成复位电路,带有手动复位 引脚。 2.2 外部扩展电路 S3C2440A 处理器内部集成的 ROM 和 RAM 容量较小,需要扩展存 储3,而且其芯片内部集成了 SDRAM 控制器和 NAND FLASH 控制器。 SDRAM 相当于计算机的内存,主要用 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 于执行程序,但是掉电后里面的数据会 丢失。NAND FLASH 相当于计算机的 硬盘,容量较大,存储单位比特数据的 成本低,但是需要按照特定的时序对它 进行读写操作,CPU 对其中数据的读写 是通过专门的 NAND FLASH 控制器来 进行的,因此 NAND FLASH 更适合于 存储数据。NOR FLASH 容量小,速度 快,对它进行读写操作时输入地址,然 后给出读写信号即可从数据总线上得到 数据,但是价格一般比 NAND FLASH 高,因此适合做程序存储器。所以, NOR FLASH 可以直接连接到 ARM 总 线上,而 NAND FLASH 需要通过 NAND FLASH 控制器与 S3C2440A 相 连接。上电后通过识别 OM1:0的电 平来选择是 NOR FLASH 还是 NAND FLASH 启动。 图 3 S3C2440A 外部扩展 S3C2440A 与外部存储器的连接 示意图如图 3 所示,S3C2440A 处理器 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 可以寻址 1 GB 的空间,它将这个空间 分为 8 个区域,每个区域称为一个 bank,即整个存储空间被分成了 bank0bank7。S3C2440A 有 27 根地址 线 ADDR26:0,8 个片选信号 nGCS0nGCS7,对应 bank0bank7 , 当 nGCSx 引脚为低电平时即访问 bankx 的地址空间,选中外设3。 系 统采用的 Micron(美光) SDRAM 芯片 MT48LC16M16A2?75D 的 nSCS 管脚接 在 S3C2440A SDRAM 控制器的 nGCS6,即接在了 bank6 上,所以 SDRAM 的物理地址从 0x30000000 开 始。因为每块内存芯片的接口线宽为 16 位,这里选择 2 片内存芯片并接成 32 位,与 S3C2440A 的 32 根数据线相连, 总容量为 64 MB,所以 SDRAM 的地址 为:0x300000000x3FFFFFFF 。 NOR FLASH 芯片 EN29LV160AB 大小为 2 MB,数据总 线位宽为 16 位,接在 nGCS0,即接在 了 bank0 上,所以 NOR 的物理地址为 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 0x000000000x001FFFFF。 NAND FLASH 芯片 K9F1G08UOA 不需要通过 CPU 的地址 线访问,所以存储空间大小可达 1 GB。NAND 是由硬件本身识别的,不 存在物理地址。 2.3 TFT LCD 触摸屏 本系统液晶型号选用的是 WXCAT43,即东华 4.3 寸 TFT 真彩液 晶屏,触摸屏集成在此液晶屏上, LCDCON1LCDCON4 初始化主要是 针对时序信号的时间参数进行的初始化, LCDCON5 针对的是信号极性的初始化, LCDADDR1LCDADDR3 为帧内存地 址寄存器,用于告诉 LCD 控制器帧内 存地址。 硬件连接时只需要将控制器的输 出引脚和 TFT LCD 相应的信号线连接 即可,LCD 的电源接在 S3C2440A 的 GPG4 引脚上,因此初始化时,需要将 该引脚配置成输出,高电平时给 LCD 供电。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 2.4 外部接口电路 在喷码机使用中,当喷印的图形 发生改变时,可以通过插入 U 盘的方式 进行更改喷印图片内容,或者使用 SD 卡,来选择不同的喷印图片。此外带有 RS 232 串口与网络接口,方便与其他设 备进行通信。 2.5 SPI 通信接口 本系统运用 S3C2440A 集成的 SPI 功能模块与 XJ128 喷头进行通信, 并驱动喷头工作。S3C2440A 有两路 SPI1,每路都有 8 位数据移位寄存器 分别进行发送和接收。喷头的 nSS1、nSS2 和 nFIRE 分别由 S3C2440A 的通用 I/O 口 GPG13,GPG14,GPG1 控制。 S3C2440A 设置为主机模式,喷头的 MOSI0,CLK 分别连接到 S3C2440A 的 SPIMOSI0,SPICLK 引脚,用 PWM Timer 为喷头提供工作时钟,使喷头喷 印过程中打印速度适中,用 EINT8 管脚 连接喷头 READY 引脚用于检测喷头工 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 作状态。如图 4 所示。 图 4 S3C2440A 与 XJ128 的连接 3 软件系统 喷码机图形化的操作程序是基于 WinCE 6.0 平台下开发的,WinCE 6.0 是一种模块化的、易裁剪、定制移植方 便的多任务嵌入式操作系统,支持多种 硬件平台,能满足系统对实时性、稳定 性的要求。软件系统设计主要分为操作 系统的定制与移植、应用程序的开发。 根据硬件电路,对 WinCE 6.0 提 供的 BSP(板机支持包)进行修改,以 便于上层软件能正确调用底层的硬件设 备,使用 WinCE 6.0 操作系统的开发工 具 Platform Builder 进行操作系统的裁剪, 生成 BSP。由于篇幅有限,本文仅对驱 动程序结构加以说明。 在本系统中,显示驱动等特定驱 动程序都不需改变,主要涉及对流接口 4驱动程序的修改。大部分 Windows CE 下的驱动程序采用了分层驱动的结 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 构,在这种结构中,驱动程序被分为两 部分,上层是模型设备驱动(MDD) , 下层是硬件平台相关驱动(PDD) 。如 图 5 所示。 图 5 流接口驱动架构 由于本系统的主要外在物理功能 主要是芯片与喷头之间的数据传输,所 以采用流接口驱动的方式。流接口驱动 基于分层结构设计,MDD 层提供框架 性的实现,与具体硬件无关;而 PDD 层提供对硬件操作的相应代码。微软提 供 MDD 层,对于所有的平台和函数都 是通用的,既可以作为源代码也可作为 链接库,无需对 MDD 层进行改动。 MDD 层提供供操作系统调用的设备驱 动程序接口(DDI) 。设备驱动服务供应 接口(DDSI)是由 PDD 层提供给 MDD 层调用的函数集5。流接口驱动 遵循流接口驱动模型和一般的流接口函 数规范,由 Device. exe 直接调用,主要 通过基于流接口驱动程序所需的函数实 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 12 现,例如: XXX_Init,XXX_Deinit, XXX_Open, XXX_Close,XXX_Read , XXX_Write ,XXX_Seek ,XXX_IOControl 等基本 实现函数。 流接口驱动被设计为与文件系统 API 相匹配的形式,这些 API 包括 ReadFile、IOControl 等。应用程序可以 通过文件系统来调用流接口驱动。应用 程序与驱动程序之间通过文件系统中打 开的特殊文件来进行交互。 喷码机工作时存储记录仪记录的 喷头接口的波形图如图 6 所示。 图 6 喷码机工作时存储记录仪记 录的喷头接口的波形图 图 6 中,喷头接口的信号时序正 确,由此可见,基于 S3C2440A 的嵌入 式喷码机系统工作稳定。 4 结 语 各个生产领域都离

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