专用高速喷墨打印机喷头驱动电路的设计与实现

题(中、英文)目专用高速喷墨打印机喷头驱动电路的设计与实现DesignandRealizationofDrivingCircuitofPrintHeadForDedicatedhigh-speedInkjetPrinter作者姓名工学提交论文日期二○一二年一月计算机系统结构指导教师姓名、职称学科门类学科、专业0920121327代号分类号学号密级10701TP334公开王乐田玉敏教授西安电子科技大学学位论文创新性声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。本人签名：日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。(保密的论文在解密后遵守此规定)本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。本人签名：日期导师签名：日期摘要喷墨打印技术作为一种快速发展的高质量图像输出技术，在非接触打印技术领域占有重要的地位。围绕专用高速喷墨打印机的技术要求以及压电式喷头的技术特性，本文提出了一种新的喷头驱动控制电路设计方案。论文在对一种压电式喷头的结构，以及该喷头的控制信号与时序关系进行研究的基础上，给出了为支持可扩展性和可变区域数据快速更新，提出的一种新的喷头组织方式。论述了专用高速喷墨打印机的总体设计以及各功能模块的组成。在喷头驱动电路的硬件设计和实现中，采用RS422串行总线标准，提高了数据传输的稳定性；提出了分时复用传输的数据传输方案，提高了传输电缆的利用率和可维护性，降低了系统成本。以Altera公司的Cylone系列FPGAEP1C6Q240C8、AD5424为核心芯片，实现四个喷头的高速打印控制时序，减小了体积并提高了硬件电路的可靠性。在FPGA内部逻辑实现中，采用自顶向下的设计方式。利用异步FIFO很好地解决了不同时钟域之间的分时数据传输问题。利用同一时钟构成的不同相差的基准信号和多个计数器设计实现了四个喷头的数据组织以及打印时序控制。为了达到喷头间色彩一致性，还实现了各个喷头的打印波形选择功能。软硬件调试结果表明：所设计的喷头驱动电路工作稳定，满足设计需求。关键词：喷墨打印机RS422喷头驱动FPGA异步FIFOAbstractInkjetprintingtechnologyisahigh-qualityimageoutputtechnologywhichdevelopsatahighspeed.Itplaysasignificantroleinthefieldofnon-connectprintingtechnology.Accordingtothetechnicalrequirementofthespecifichigh–speedinkjetprinterandtechnicalfeaturesofpiezoelectricnozzles,anewcontroldesignofnozzles’drivingisproposedinthispaper.Analyzingthestructure,controlsignalandtimingrelationshipofakindofpiezoelectricnozzle,thispaperproposesaneworganizationofthenozzleinordertosupportscalabilityandrapidupdatingofdatavariableregion.Inaddition,theoveralldesignandeachfunctionalmoduleofthisspecialhigh-speedinkjetprinterarediscussed.Inthepartofthehardwaredesignandrealizationofdrivingcircuit,thestandardofRS-422serialbusisadoptedaimingtoimprovethestabilityofdatatransmission.Thenthispaperpresentsadatatransmissionschemeoftimedivisionmultiplexing,whichenhancestheutilizationandmaintenanceoftransmissioncable,reducesthecostofsystem.TakingAlteracompany’ClyoneseriesFPGAEP1C6Q240C8andAD5424asthecorechip,thehigh-speedcontroltimingoffournozzlesisrealized.Itmakesthesystemissmallerandmorereliable.InthepartoftheFPGAinternallogicimplementation,thispaperusesthetop-downdesignmethod.UsingasynchronousFIFOwewellresolvetheproblemofthetime-dividedtransmissionbetweendifferentclockdomains.Thedataorganizationandprinttimingcontroloffournozzlesarealsoachieved,whichmakeuseofthereferencesignalconsistingofthesameclockofdifferentphaseandapluralityofcounter.Forthepurposeofcolorconsistency,thewaveformselectionfunctionisimplemented.Thehardwareandsoftwaredebuggingresultsofthespecialhigh-speedinkjetprintershowsthat:thedesigneddrivingcircuitofthenozzlecanworkstably,andmeetthedesignrequirements.Keyword：InkjetprinterRS422NozzledriverFPGAAsynchronousFIFO目录第一章绪论.....................................................................................................11.1喷墨打印机概述..................................................................................11.1.1喷墨打印机简介........................................................................11.1.2喷墨打印机性能指标................................................................11.2喷墨打印机国内外发展现状..............................................................21.3论文的主要工作及章节安排..............................................................3第二章专用高速喷墨打印机总体设计.........................................................52.1喷墨打印机喷头的相关技术..............................................................52.1.1喷墨打印原理分类....................................................................52.1.2压电式喷墨技术........................................................................62.1.3喷头驱动方式............................................................................72.2喷头结构及多喷头排列方式..............................................................82.2.1喷头结构....................................................................................82.2.2多喷头排列方式........................................................................92.3专用高速喷墨打印机整体设计方案................................................102.3.1专用高速喷墨打印机系统结构..............................................102.3.2打印机各个模块功能..............................................................11第三章专用高速喷墨打印机喷头驱动电路硬件设计...............................153.1喷头驱动电路的整体设计方案........................................................153.1.1喷头驱动电路模块划分..........................................................153.1.2喷头驱动电路各模块功能描述..............................................163.2喷头驱动电路主要器件的选择........................................................173.2.1子控制器接口模块选型..........................................................173.2.2FPGA功能模块选型...............................................................193.2.3D/A转换模块选型..................................................................223.2.4喷头接口模块选型..............................................................