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采用FPGA器件与PWM控制器实现洗片机控制系统的设计

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发表于 2019-9-18 02:46:06 |显示全部楼层
  、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
  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。
  3.1 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、AlteraLatticeActelAtmel等。
  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。
  速度测量功能由一个脉冲计数器模块和一个定时器模块实现。若电机转速为r转/分钟,电机齿轮直径A,与电机齿轮相连的传动齿轮直径为B,传送胶片的滚轴直径C,电机转动时间为t,码盘圆孔个数n,则胶片的传动速度为v= πrABC/n。在本系统中,2.7毫秒内测的的3位十进制数即为个位加两小数位的胶片速度。例如,2.7毫秒内测得脉冲个数为135,则胶片的行进速度为1.35米/分钟。
  3.2.2 温度测量与控制 温度的测量与控制包含显影、定影两路温度,当A/D转换器MC14433转换周期完成以后,MC14433向FPGA发出一高电平脉冲信号。FPGA接收到此信号以后由温度切换模块进行显影、定影温度的切换;同时设定温度读取模块开启拨码盘的移位扫描并读取设定温度值,而实际温度初值读取模块开始读取上一转换周期的模数转换初值,得到一个四位的十进制数。模数转换初值再经过一除法运算模块即得到最终实际温度值。(除数与MC14433的基准电压相关,若MC14433基准电压为xV,则除数n=2/x,本系统中基准电压为0.5V,n=4。)然后由温度比较与加温控制模块将设定温度与实际温度进行比较,若实际温度小于设定温度,则选择此路温度的加温控制。
  3.2.3 内码转换与结果显示 得到速度与实际温度的数值后,结果在内码转换模块中转化成LED字型码,然后由显示模块将数据传输到LED面板上。显示模块是由一个移位寄存器构成的串行通讯口,并且生成LED显示所需的移位时钟。
  中的仿真结果波形图。其中clk是10M有源晶振产生的系统全局时钟,EOC是A/D转换器转换周期结束信号,S_IN是用作设定温度的拨码盘数值,SPEED为测速脉冲,MC14433_D是A/D转换结果的位选信号,MC14433_Q是A/D转换的结果输出。图中设定温度小于实际温度,所以温度控制信号显影(HEATUPXY)、定影(HEATUPDY)处于高电平加热状态。最终结果在移位脉冲的作用下通过串行口输出,即为图中的LED_DATA。
  因为 FPGA的可编程特性、内部足够的资源和布线空间,所以相对于传统的“EP
  +计数器”的方法,本系统大幅度减少了硬件电路规模抗。(2) 抗干扰性能强
  所有的数据处理都在 FPGA内部完成,信号受干扰的几率小,再加上其独特的抗干扰设计,大大提高了系统的抗干扰能力。
  (3)灵活性好 由于 FPGA的可编程特性,易于实现系统的扩展与升级,而且开发周期短,易于调试。
  由于洗片机在如今的航空、医疗、工业、军事等行业有着广泛的应用,所以其性能紧密关系着市场的占有率。本系统采用了独特的FPGA技术,实现了数据的高速处理。相对于传统的洗片机控制系统,本系统大幅度提高了温度测量与控制过程中的精度,其控制误差已无限接近于
  与A/D转换器的综合误差。若采用采用高精度的温度传感器与A/D转换器可以实现系统温度的微小量测量与控制。本系统采用了价格低廉的LM355Z和MC14433作为温度传感器与A/D转换器,实现了0℃~50℃范围内精度0.1℃的测量与控制。实现了超小型系统规模,数据的高速处理处理,支持实时显示,抗干扰能力强,可在恶劣环境下工作。 由于采用FPGA技术的诸多优点,采用该系统的洗片机与市场上流行的洗片机相比,具有更强的竞争力。
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  5是一款高度灵活的双降压控制器,内置栅极驱动器,可与多个配置的两个输入电源和一个或两个输出一起使用。该器件包含两个采用前馈电压模式控制方法的独立同步双NFET降压调节器所需的所有电路。 NCP5425可以采用4.6至12伏的单电源供电,支持单相或双相单相输出。当用作双输出控制器时,第二个输出跟踪第一个输出的电压瞬变。支持低噪声应用的功率消隐以及独立的逐周期电流限制。该器件采用20引脚TSSOP封装,允许设计人员最小化PCB面积。 特性 4.6至13.2伏的操作 双同步降压设计 两个独立电源的可编程功率共享和预算 0.8伏+/- 1%低电压参考输出 1.5A峰值功率驱动 使用ROSC Pin对噪声敏感应用进行消隐 可编程频率,150 kHz至750 kHz操作 可编程软启动 周期间过流保护 独立可编程电流限制 快速瞬态响应的100%占空比 内部斜率补偿 控制器之间的异相同步 可配置为单相两相输出或两相单相输出 这些是Pb - 免费设备 输入欠压锁定 通过使用COMP Pins启用/关闭 电源排序 电路图、引脚图和封装图...
  7和NCP1587A是低成本PWM控制器,设计采用5V或12V电源供电。这些器件能够产生低至0.8V的输出电压。这些8引脚器件提供最佳集成度,以减小电源的尺寸和成本。 NCP1587和NCP1587A提供1A栅极驱动器设计和内部设置的275kHz(NCP1587)和200kHz(NCP1587A)振荡器。栅极驱动器的其他效率增强特征包括自适应非重叠电路。 NCP1587和NCP1587A还集成了外部补偿误差放大器和电容可编程软启动功能。保护功能包括可编程短路保护和欠压锁定。 特性 优势 输入电压范围4.5至13.2V 多功能性 电压模式PWM控制 易于使用 0.8V +/- 1%内部参考电压 增强绩效 可调输出电压 多功能性 电容可编程软启动 易于使用 内部1A门驱动器 增强性能 可编程电流限制 易于使用 应用 终端产品 图形卡 台式计算机 服务器/网络 DSP和FPGA电源 DC-DC稳压器模块 DSP和FPGA电源 电路图、引脚图和封装图...
  38是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81038包括两个降压开关控制器,通道2上固定5.0 V输出,通道1上3.3 V,两个板载LDO,三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81038支持高效率,快速瞬态响应并提供电力信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V 电路图、引脚图和封装图...
  NCP6151 VR12 2相 3相 4相CPU控制器+ 1相GPU控制器
  1 / NCP6151A双输出四加一相降压解决方案针对Intel VR12兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。该控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)和DCR电流检测,可提供对动态负载事件的最快初始响应并降低系统成本。在轻负载运行期间它也会脱落到单相,并且可以在轻负载时自动进行频率调整,同时保持良好的瞬态性能。 特性 符合英特尔VR12 / IMVP7规范 电流模式双边沿调制,用于瞬态加载的最快初始响应 双高性能操作误差放大器 两个轨道的一个数字软启动斜坡 应用 台式机和笔记本电脑处理器 电路图、引脚图和封装图...
  NCP6131 IMVP7 1,2,3相CPU控制器+单相GPU控制器
  1S / NCP6151SA / NCP6131S / NCP6131SA双输出四加一相降压解决方案针对Intel VR12兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)与DCR电流检测相结合,可提供对动态负载事件的最快初始响应并降低系统成本。在轻负载运行期间它也会脱落到单相,并且可以在轻负载时自动进行频率调整,同时保持良好的瞬态性能。 特性 符合英特尔VR12 / IMVP7规范 电流模式双边沿调制,用于瞬态加载的最快初始响应 双高性能操作误差放大器 两个轨道的一个数字软启动斜坡 应用 台式机和笔记本电脑处理器 电路图、引脚图和封装图...
  48是一款双同步降压控制器,经过优化,可将电池电压或适配器电压转换为台式机和笔记本电脑系统所需的多个电源轨。 NCP81148由两个降压开关控制器组成,通道2上固定5.0 V输出,通道1上为3.3 V,两个板载LDO具有三个输出:5 V / 60 mA和3.3 V或12 V / 10 mA。 NCP81148支持高效率,快速瞬态响应并提供电力商品信号。安森美半导体专有的自适应纹波可控制器从CCM到DCM的无缝过渡,其中转换器运行时降低了开关频率,在轻载时具有更高的效率。该器件的工作电源电压范围为5.5 V至28 V. 电路图、引脚图和封装图...
  40多相降压解决方案针对Intel VR12.5兼容CPU进行了优化,用户配置为4/3/2/1阶段。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。该控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)与DCR电流检测相结合,以降低的系统成本提供对动态负载事件的最快初始响应。它具有在轻负载运行期间脱落到单相的能力,并且可以在轻负载条件下自动进行频率调整,同时保持出色的瞬态性能。 应用 终端产品 基于工业CPU的应用程序 信息娱乐,移动,自动化,医疗和安全 电路图、引脚图和封装图...
  42多相降压解决方案针对具有用户可配置4/3/2/1相位的Intel VR12.5兼容CPU进行了优化。该控制器结合了真正的差分电压检测,差分电感DCR电流检测,输入电压前馈和自适应电压定位,为台式机和笔记本电脑应用提供精确调节的电源。该控制系统基于双边沿脉冲宽度调制(PWM)与DCR电流检测相结合,以降低的系统成本提供对动态负载事件的最快初始响应。它具有在轻负载运行期间脱落到单相的能力,并且可以在轻负载条件下自动调频,同时保持优异的瞬态性能。提供高性能操作误差放大器以简化系统的补偿。获得专利的动态参考注入无需在闭环瞬态响应和动态VID性能之间进行折衷,从而进一步简化了环路补偿。获得专利的总电流求和提供高精度的数字电流监控。 应用 终端产品 基于工业CPU的应用程序 信息娱乐,移动,自动化,医疗和安全 电路图、引脚图和封装图...
  0是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。它结合了高效,多相,同步降压开关稳压控制器和I 2 C接口,可实现关键系统参数的数字编程。 特性 优势 I 2 C 启用关键系统参数的数字化编程 快速增强型PWM弹性模式架构 出色的负载瞬态性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 游戏,桌面,服务器 电路图、引脚图和封装图
  NCP4208 同步降压转换器 8相 VR11.1可编程 带I2C接口
  8是一款集成电源控制IC,具有I 2 C接口。 NCP4208是一款高效,多相,同步降压开关稳压控制器,可帮助设计高效率和高密度解决方案。 NCP4208可编程为1,2,3,4,5,6,7或8相操作,允许构建多达8个互补降压开关级。 特性 优势 快速增强PWM 出色的负载转换性能 应用 终端产品 CPU Vcor​​e 台式电脑,服务器 电路图、引脚图和封装图
  9L是一款低成本PWM控制器,采用5 V或12 V电源供电。该器件能够产生低至0.8 V的输出电压,转换电压低至2.5 V.它易于操作,并提供最佳的集成度,以减小电源的尺寸和成本。它在斜坡脉冲调制模式下工作,可实现出色的负载阶跃和释放响应。除快速瞬态响应外,它还包括1.5 A栅极驱动器设计和轻载效率功能,如自适应非重叠电路和二极管仿真。它通常在连续电流导通模式下工作在200~500 kHz范围内,在轻负载时随电流减小,以进一步节省功耗。保护功能包括可编程过流保护,输出过压和欠压保护以及输入欠压锁定。 特性 VCC范围4.5 V至13.2 V 可调节工作频率升压引脚工作电压为35 V 斜坡脉冲调制控制精密0.8 V内部基准电压可调输出电压内部1.5 A栅极驱动器输入欠压锁定可编程电流限制轻载中的自适应二极管模式仿真这是一个无铅设备 应用 图形卡台式电脑服务器/网络 DSP& FPGA电源 DCDC稳压器模块 电路图、引脚图和封装图...
  NCP81111 具有SVID和I2C接口的3相VR12.5-6高速数字控制器
  11是一款高性能数字单输出三相VR12.5-6兼容降压解决方案,针对英特尔CPU应用进行了优化,可在高达5 MHz的频率下工作。 NCP81111还可用作通用I2C控制多相电压调节器。 NCP81111设计用于支持NCP81163数字相位倍频器IC,可将器件的功能扩展到6相,实现高电流处理。控制器包括真差分电压检测,差分电流检测,数字输入电压前馈,DAC前馈和自适应电压定位。 特性 会见英特尔® s VR12.5规格 用户配置的板载EEPROM 高性能数字架构 动态参考注入 全差动电压电流检测放大器 电流平衡的“无损耗”DCR电流检测 用于下垂的热补偿电感器电流感应 用户可调整的内部补偿 应用 终端产品 用于英特尔处理器的多相电压调节器 通用I2C控制多相调节器 台式电脑 笔记本电脑 服务器 电路图、引脚图和封装图...
  9D是一款低成本PWM控制器,采用5 V或12 V电源供电。该器件能够产生低至0.8 V的输出电压,转换电压低至2.5 V.它易于操作,并提供最佳的集成度,以减小电源的尺寸和成本。它在斜坡脉冲调制模式下工作,可实现出色的负载阶跃和释放响应。除快速瞬态响应外,它还包括1.5 A栅极驱动器设计和轻载效率功能,如自适应非重叠电路和二极管仿真。它通常在连续电流导通模式下工作在200~500 kHz范围内,在轻负载时随电流减小,以进一步节省功耗。保护功能包括可编程过流保护,输出过压和欠压保护以及输入欠压锁定。 特性 VCC范围4.5 V至13.2 V 可调节工作频率升压引脚工作电压为35 V 斜坡脉冲调制控制精密0.8 V内部基准电压可调节输出电压内部1.5 A栅极驱动器 80%最大占空比可编程电流限制轻载中的自适应二极管模式仿真这是一个无铅设备 应用 图形卡台式电脑服务器/网络 DSP FPGA电源 DCDC稳压器模块 电路图、引脚图和封装图...
  9是一款低成本PWM控制器,采用5V或12V电源供电。这些器件能够产生低至0.8V的输出电压。这些8引脚器件提供最佳集成度,以减小电源的尺寸和成本。 NCP1579提供1A栅极驱动器设计和内部设置的275kHz振荡器。栅极驱动器的其他效率增强特征包括自适应非重叠电路。 NCP1579还集成了外部补偿误差放大器和电容可编程软启动功能。保护功能包括可编程短路保护和欠压锁定。 特性 优势 输入电压范围4.5至13.2V 多功能性 电压模式PWM控制 易用性 0.8V +/- 2.0%内部参考电压 增强绩效 可调输出电压 多功能性 电容可编程软启动 易用性 内部1A门驱动器 增强性能 可编程电流限制 易用性 应用 终端产品 STB Blue-Ray DVD 液晶电视 DSP和FPGA电源 DC-DC稳压器模块 STB 蓝光DVD 液晶电视 电路图、引脚图和封装图...
  1589A或NCP1589B是一款低成本PWM控制器,设计采用5V或12V电源供电。该器件能够产生低至0.8V的输出电压。该器件能够将电压转换为低至2.5V。该10引脚器件提供最佳集成度,以减小电源的尺寸和成本。 特性 VCC范围从4.5到13.2V 升压引脚工作电压高达30V 电压模式PWM控制 精密0.8V内部参考 内部1.5A栅极驱动器 输入欠压锁定 可编程电流限制 应用 终端产品 图形卡 服务器/网络 图形卡 电路图、引脚图和封装图...
  2是一款PWM器件,设计用于宽输入范围,能够产生低至0.8V的输出电压。 NCP3012提供集成栅极驱动器和内部设置的75kHz振荡器,能够与外部频率同步。 NCP3012具有外部补偿跨导误差放大器,内部固定软启动。 NCP3012将输出电压监控与电源良好引脚相结合,以指示系统处于稳压状态。双功能SYNC引脚使器件与更高频率(从模式)同步,或输出180度异相时钟信号以驱动另一个NCP3012(主模式)。保护功能包括无损耗电流限制和短路保护,输出过压和欠压保护以及输入欠压锁定。 NCP3012采用14引脚TSSOP封装。非常适合需要电源干扰最小的噪声敏感应用。 (医疗,网络等) 特性 优势 输入电压范围为4.7 V至28 V 能够运行各种输入电压 75 kHz操作 效率高 0.8 V +/- 1%参考电压 准确的系统调节 缓冲外部+1.25 V参考 附加调节1 mA输出以供额外使用 电流限制和短路保护 系统级保护 PowerGood输出引脚 电源排序功能 启用/禁用引脚 电源排序功能 输入和输出电压保护 增强的系统级保护 外部同步 能够同步到更高频率或180°异相 应用...
  1同步降压控制器IC旨在为14引脚SOIC中的板载DC-DC应用提供简单的同步降压稳压器。 NCP1581专为跟踪应用而设计,提供轨道输入。 NCP1581采用固定内部400 kHz开关频率工作,允许使用小型外部元件。该器件具有由外部电容设置的可编程软启动,欠压锁定和输出欠压检测,可在检测到输出短路时锁定器件。电路图、引脚图和封装图
  是一款1 / 3.2英寸CMOS有源像素数字图像传感器,像素阵列为4208H x 3120V。 AR1335数字图像传感器采用突破性的1.1μm像素技术,通过领先的灵敏度,量子效率和线性全阱提供卓越的低光图像质量。这使得图像质量可以与数码相机相媲美。 AR1335采用专注于低功耗的传感器架构和低Z高度的高射线角度(CRA),是智能手机和其他移动设备应用的理想选择。它集成了复杂的片上相机功能,如窗口,镜像,列和行跳过模式以及快照模式。它可通过简单的双线串行接口进行编程。 AR1335传感器可以高达每秒30帧(fps)的速度生成全分辨率图像,并支持高级视频模式,包括4K 30fps,1080P 60fps和720P 120fps。 特性 13MP CMOS传感器,采用先进的1.1μm像素BSI技术 数据接口:2,3和4通道MIPI 可用于MIPI的比特深度压缩:10-8和10-6以降低带宽 启用立体视频捕获的3D同步控制 6.8 kbits一次性可编程存储器(OTPM) 可编程控制器:增益,水平和垂直消隐,自动黑电平偏移校正,帧大小/速率,曝光,左右和上下图像反转,窗口大小和平移 两个片上锁相环路(PLL)振荡器,具有超低噪声性能 片上...
  1是一款同步降压控制器,设计用于宽输入范围,能够产生低至0.8 V的输出电压.NCP3011提供1.0 A栅极驱动器和内部设置的400 kHz振荡器。 NCP3011具有外部补偿跨导误差放大器,内置固定软启动。 NCP3011将输出电压监控与PowerGood引脚相结合,以指示系统处于稳压状态。双功能SYNC引脚使器件与更高频率(从模式)同步,或输出180°异相时钟信号以驱动另一个NCP3011(主模式)。保护功能包括无损耗电流限制和短路保护,输出过压和欠压保护以及输入欠压锁定。 NCP3011采用14引脚TSSOP封装。 特性 优势 输入电压范围为4.7 V至28 V 能够运行各种输入电压 400 kHz运行 效率高,体积小 0.8 V +/- 1%参考电压 准确的系统调节 缓冲外部+1.25 V参考 附加1 mA输出 电流限制和短路保护 系统级保护 PowerGood输出引脚 电源排序功能 启用/禁用引脚 电源排序功能 输入和输出电压保护 增强系统级保护 外部同步 能够同步到更高频率或180°异相 符合AEC-Q100和PPAP(NCV3011) 适用于汽车应用 应用 终端产...
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东莞市第三人民医院脑梗患者1小时内即可完成抢救
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如何更好的选购裱纸机
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厦门:篡改生产日期 销售不合格食品
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