基于CPLD的数码冲印输出控制系统

    1　引　言

    由于激光具有色度纯、亮度高、控制精度好等优点,所以是迄今为止公认的作为数码输出设备的理想光源。激光数码冲印技术是指研究激光光源在传统感光材料上进行曝光,利用PC机的数字处理和控制功能,从而实现无底片、全数字化的彩色文本、图形和图像的任意组合输出的一门新兴技术。

    输出控制系统的设计,是整个数码冲印控制系统设计的关键。随着系统要求的不断提高,传统的控制系统实现方式(如小规模集成电路实现、用单片机实现等)已经不能很好的满足系统高速、实时、高精度、小型化发展的需要。同时,传统的实现方式也不利于控制参数的可变性和可移植性。因此,结合实际应用的需要,基于复杂可编程逻辑器件CPLD(complex programmable logic device)设计了数码冲印输出控制系统。该系统由CPLD产生时序控制脉冲,通过高速D/A转换电路送至输出端口作为扫描电平;同时利用数据采集卡从并行接口接收大量高速彩色信号进入缓存系统,在CPLD的逻辑控制下将彩色信号以一定速率送出。CPLD一方面产生数码冲印的扫描电平,另一方面根据系统的输入输出状态实现一定的算法,控制高速缓存的工作,以保证系统数据传输的连续性,实现设计的最终目的。

    2　系统结构原理

    激光数码冲印的原理是:由数字图像数据(例如R、G、B)控制声光调制器,使对彩色感光材料品、青、黄三染料层光谱最灵敏的三束激光光强进行调制,光学系统行扫描,结合相纸纵向走纸,实现整幅图像的数字曝光,并利用现有彩色冲片机显影,得到彩色相纸。图1为激光数码冲印系统的原理框图。

    为得到所需的二维图像,可借助振镜的水平扫描和走纸机构的纵向运动协同工作:由计算机输出图像中对应每一点的信息到AO控制并分成R、G、B三色,通过声光调制器(D/AO)分别调节三色光的光强,再经合光光学元件系统合成一束光,即可得到输出像点;同时控制振镜的水平扫描和走纸机构的运动,以确保像点打印在相纸上的正确位置。为了保证声光调制器以及振镜、走纸机构之间工作同步(否则,打印出像点的位置可能会有偏差,使得图像失真),可以利用CPLD产生时序脉冲,控制它们协调工作。

    3　输出控制系统的硬件电路设计

    系统硬件电路主要由以下几部分组成:(1)时序扫描电平发生电路;(2)高速缓存控制电路;(3)D/A转换及I/O接口电路。图2为系统总体工作框图。

    3.1　时序扫描电平发生电路的设计及其CPLD实现

    该时序发生电路主要用于产生光学系统行扫描需要的电平信号。在设计中,时序发生电路所需的逻辑控制程序都是在Altera公司最新的集成可编程逻辑器件开发工具QuartusⅡ以及MaxPlusⅡ环境下完成并且经过编译、仿真和校验后在线下载到CPLD内部的。在该系统中选用了Altera公司的MAX7000S-EPM7128来完成时序发生功能。基于该CPLD的时序发生电路工作原理框图如图3所示。外部时钟信号作为CPLD工作时的基准信号,在系统中根据需要选用了6MHz的时钟输入,并且在内部先通过分频得到适应不同需要的工作频率。根据光学系统行扫描在不同照片尺寸下的要求,CPLD根据输入控制信号的不同产生不同的输出时序。其中的一组波形如图4所示,CLR,HOLD和SEL分别为清零、保持和选择三种控制信号。