专用高速喷墨打印机喷头驱动电路的设计与实现

关键词：喷墨打印机
RS422
喷头驱动
FPGA
异步 FIFO
Abstract
Inkjet printing technology is a high-quality image output technology which develops at a high speed. It plays a significant role in the field of non-connect printing technology. According to the technical requirement of the specific high–speed inkjet printer and technical features of piezoelectric nozzles, a new control design of nozzles’ driving is proposed in this paper. Analyzing the structure, control signal and timing relationship of a kind of piezoelectric nozzle, this paper proposes a new organization of the nozzle in order to support scalability and rapid updating of data variable region. In addition, the overall design and each functional module of this special high-speed inkjet printer are discussed. In the part of the hardware design and realization of driving circuit, the standard of RS-422 serial bus is adopted aiming to improve the stability of data transmission. Then this paper presents a data transmission scheme of time division multiplexing, which enhances the utilization and maintenance of transmission cable, reduces the cost of system. Taking Altera company’Clyone series FPGA EP1C6Q240C8 and AD5424 as the core chip, the high-speed control timing of four nozzles is realized. It makes the system is smaller and more reliable. In the part of the FPGA internal logic implementation, this paper uses the top-down design method. Using asynchronous FIFO we well resolve the problem of the time-divided transmission between different clock domains. The data organization and print timing control of four nozzles are also achieved, which make use of the reference signal consisting of the same clock of different phase and a plurality of counter. For the purpose of color consistency, the waveform selection function is implemented. The hardware and software debugging results of the special high-speed inkjet printer shows that: the designed driving circuit of the nozzle can work stably, and meet the design requirements.
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 FPGA EP1C6Q240C8、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。
作者姓名 学科门类
王乐 工学
指导教师姓名、职称 学科、专业
田玉敏教授
计算机系统结构
提交论文日期
二○一二年一月
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代
号
10701 TP334
学 密
号 级
0920121327 公开
分类号源自文库
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
Design and Realization of Driving Circuit of Print Head For Dedicated high-speed Inkjet Printer
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Keyword：Inkjet printer RS422 Nozzle driver FPGA Asynchronous FIFO
目 录
第一章 绪论 ..................................................................................................... 1 1.1.1 喷墨打印机简介 ........................................................................ 1 1.1.2 喷墨打印机性能指标 ................................................................ 1 1.2 喷墨打印机国内外发展现状 .............................................................. 2 1.3 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 ......................................................... 5 2.1.1 喷墨打印原理分类 .................................................................... 5 2.1.2 压电式喷墨技术 ........................................................................ 6 2.1.3 喷头驱动方式 ............................................................................ 7 2.2 喷头结构及多喷头排列方式 .............................................................. 8 2.2.1 喷头结构 .................................................................................... 8 2.2.2 多喷头排列方式 ........................................................................ 9 2.3 专用高速喷墨打印机整体设计方案 ................................................ 10 2.3.1 专用高速喷墨打印机系统结构 .............................................. 10 2.3.2 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 ............................... 15 3.1.1 喷头驱动电路模块划分 .......................................................... 15 3.1.2 喷头驱动电路各模块功能描述 .............................................. 16 3.2 喷头驱动电路主要器件的选择 ........................................................ 17 3.2.1 子控制器接口模块选型 .......................................................... 17 3.2.2 FPGA 功能模块选型 ............................................................... 19 3.2.3 D/A 转换模块选型 .................................................................. 22 3.2.4 喷头接口模块选型 .................................................................. 24 3.2.5 功率放大器模块选型 .............................................................. 24 3.2.6 电源模块选型 .......................................................................... 25 3.3 喷头驱动电路的详细设计与实现 .................................................... 25 3.3.1 子控制器接口电路 .................................................................. 25 3.1 喷头驱动电路的整体设计方案 ........................................................ 15 2.1 喷墨打印机喷头的相关技术 .............................................................. 5