两维声光衍射器件的控制电路及其控制方法
阅读说明：本技术 两维声光衍射器件的控制电路及其控制方法 (Control circuit of two-dimensional acousto-optic diffraction device and control method thereof ) 是由 赵裕兴 许卫星 于 2021-06-23 设计创作，主要内容包括：本发明涉及两维声光衍射器件的控制电路及控制方法,通信接口与MPU的通信端相连,MPU的端口总线数据连接存储器的总线数据端口,连接FPGA的输入端；MPU的输出端连接FPGA输入引脚,MPU的输入引脚连接FPGA的输出引脚,MPU的总线数据线连接FPGA的输入引脚；MPU的输入引脚连接触发接口；触发接口连接MPU输入端和FPGA的输入引脚；晶振连接FPGA的全局时钟端；数据读取发送模块的输出端连接MPU的输入端和FPGA的出光控制模块的输入端；FPGA的数据发送模块的输出端连接射频驱动器的输入端；出光控制模块的输出端连接激光器；射频驱动器的输出端连接两声光衍射器件,对其衍射角度和功率改变。(The invention relates to a control circuit and a control method of a two-dimensional acousto-optic diffraction device.A communication interface is connected with a communication end of an MPU (micro processing unit), and port bus data of the MPU is connected with a bus data port of a memory and an input end of an FPGA (field programmable gate array); the output end of the MPU is connected with an input pin of the FPGA, the input pin of the MPU is connected with an output pin of the FPGA, and a bus data line of the MPU is connected with the input pin of the FPGA; an input pin of the MPU is connected with the trigger interface; the trigger interface is connected with the input end of the MPU and the input pin of the FPGA; the crystal oscillator is connected with a global clock end of the FPGA; the output end of the data reading and sending module is connected with the input end of the MPU and the input end of the light outlet control module of the FPGA; the output end of the data sending module of the FPGA is connected with the input end of the radio frequency driver; the output end of the light outlet control module is connected with a laser; the output end of the radio frequency driver is connected with the two acousto-optic diffraction devices, and the diffraction angle and the power of the acousto-optic diffraction devices are changed.)
技术领域
本发明涉及一种两维声光衍射器件的控制电路及其控制方法。
背景技术
目前，PCB钻孔行业中，微孔及盲孔加工大都采用激光钻孔加工，而振镜加工一直是传统的钻孔方式，但在钻微孔时，由于振镜本身的反射镜片在惯性力的作用下无法提高扫描速度，因此在大幅面加工上效率会大大降低。而一种新型的钻孔方式是采用两维正交的声光衍射器件(AOD)，将激光在一定的范围内偏转不同的角度，可以实现振镜的功能而且可以大大提高效率。
如何实现声光衍射器件的扫描并配合激光器脉冲输出控制是加工的关键，因此需要研发两维声光衍射器件扫描及激光器出光控制的电路和方法。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种两维声光衍射器件的控制电路及其控制方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
两维声光衍射器件的控制电路，特点是：包含MPU、FPGA以及存储器，通信接口与MPU的通信端相连，MPU的端口总线数据连接存储器的总线数据端口，且连接到FPGA的输入端，进而连接至FPGA的数据读取发送模块的总线数据端口；MPU的输出端连接FPGA输入引脚，进而连接至FPGA的数据读取发送模块启动读取信号端，MPU的输入引脚连接到FPGA的输出引脚，进而连接至数据读取发送模块的数据装载完成信号输出端，MPU的总线数据线连接到FPGA的输入引脚，进而连接至FPGA的出光控制模块的数据输入端口；MPU的输入引脚连接触发接口；触发接口分别连接MPU输入端和FPGA的输入引脚，进而连接至出光控制模块的输入端；晶振连接FPGA的全局时钟端；数据读取发送模块的输出端分别连接MPU的输入端和出光控制模块的输入端；数据发送模块的输出端连接射频驱动器的输入端；出光控制模块的输出端连接激光器；射频驱动器的输出端分别连接声光衍射器件一和声光衍射器件二。
进一步地，上述的两维声光衍射器件的控制电路，其中，MPU为型号STM32F407的微处理单元，最高工作频率168M。
进一步地，上述的两维声光衍射器件的控制电路，其中，存储器为型号IS65LV256AL的8位32k静态存储器。
进一步地，上述的两维声光衍射器件的控制电路，其中，FPGA为Xilinx公司型号为XC6SLX4的FPGA。
进一步地，上述的两维声光衍射器件的控制电路，其中，晶振为100MHz的晶振。
本发明两维声光衍射器件的控制方法，上位机通过通信接口发送指令及数据到MPU，两维声光衍射器件即AOD，通过光束在平面上扫出相应的图形，图形由若干个打点形成，加工前将图形的坐标转成AOD工作频率调节字即FTW，工作频率对应衍射角度；AOD可控制到每个点的能量大小，AOD的幅度控制字即ACW；
通信接口通过发送加工速度参数来改变扫描速度，加工速度即MPU启动对FPGA的数据读取发送模块的读取频率，读取频率越高扫描速度越快；通信接口发送延时参数和控制模式参数给MPU同时传输至FPGA的出光控制模块，分别设定激光出光的延时时间以及选择Gate控制还是Trigger控制；
开始加工时，加工启动信号通过触发接口输入至MPU的中断输入口和出光控制模块的输入端，MPU接收到加工信号后输出READ信号给数据读取发送模块，数据读取发送模块从存储器中读取加工图形各个点对应的AOD的FTW和ACW，并发送给射频驱动器，由于是两维正交的声光衍射器件，需两组工作频率和功率值对应于平面上的两维坐标；射频驱动器接收到数据后分别驱动声光衍射器件一和声光衍射器件二进行扫描和功率变化；
晶振作为全局时钟，对时序逻辑进行节拍控制；
数据读取发送模块利用寄存器端口将声光衍射器件一和声光衍射器件二的工作数据，在锁存信号Latch1/Latch2和数据选择信号MUX1/MUX2的配合下传输给射频驱动器，当MUX为(1,1)时传输FTW，当MUX为(0,1)时传输ACW，当Latch信号为高时，锁存数据；
出光控制模块切换Gate控制和Trigger控制，同时根据延时参数进行延时出光。
更进一步地，上述的两维声光衍射器件的控制方法，其中，所述Gate控制是根据外部加工启动信号，延时设定的时间后再输出高电平到激光器进行出光。
更进一步地，上述的两维声光衍射器件的控制方法，其中，延时是通过FPGA的计数器对时钟的计数实现。
更进一步地，上述的两维声光衍射器件的控制方法，其中，所述Trigger控制是根据数据读取发送模块输出的数据装载完成信号对激光器进行脉冲控制。
更进一步地，上述的两维声光衍射器件的控制方法，其中，装载完成即对扫描图形个点的FTW和ACW数据从存储器读取并装载到射频驱动器，每完成一个点信息装载，即输出一个光脉冲。
本发明与现有技术相比具有显著的优点和有益效果，具体体现在以下方面：
本发明控制电路通过网口发送数据至MPU，并将数据存入存储器中；通过网口发送命令至MPU，以执行相应的操作；接收外部触发加工信号，执行位置数据及激光能量数据输出及扫描；以FPGA为桥梁，对数据进行存储和提取，将数据按时序输入射频驱动器，实现对两维声光衍射器件衍射角度控制；实现对两维声光衍射器件的衍射角度改变和功率改变，最高扫描速度可达1.6M/S，在加工同等小孔的情况下，效率远大于振镜，并且可实现每个点的功率大小变化；可以编辑不同的图形，加工方式切换灵活，效果佳，良率高。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明
具体实施方式
了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1：本发明的电路结构示意图；
图2：数据读取发送模块的数据发送时序图；
图3：Gate控制的时序图；
图4：Trigger控制的时序图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，方位术语和次序术语等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图1所示，两维声光衍射器件的控制电路，包含MPU2、FPGA6以及存储器5，通信接口1与MPU2的通信端相连，MPU2的端口总线数据连接存储器5的总线数据端口，且连接到FPGA6的输入端，进而连接至FPGA6的数据读取发送模块601的总线数据端口；MPU2的输出端连接FPGA6输入引脚，进而连接至FPGA6的数据读取发送模块601启动读取信号端，MPU2的输入引脚连接到FPGA6的输出引脚，进而连接至数据读取发送模块601的数据装载完成信号输出端，MPU2的总线数据线连接到FPGA6的输入引脚，进而连接至FPGA6的出光控制模块602的数据输入端口；MPU2的输入引脚连接触发接口3；触发接口3分别连接MPU2输入端和FPGA6的输入引脚，进而连接至出光控制模块602的输入端；晶振4连接FPGA6的全局时钟端；数据读取发送模块601的输出端分别连接MPU2的输入端和出光控制模块602的输入端；数据发送模块601的输出端连接射频驱动器7的输入端；出光控制模块602的输出端连接激光器8；射频驱动器7的输出端分别连接声光衍射器件一9和声光衍射器件二10。
其中，MPU2采用意法半导体的型号STM32F407的微处理单元，最高工作频率168M，可以进行高速数据传输和通信。
存储器5采用ISSI公司的型号IS65LV256AL的8位32k静态存储器。
FPGA6为Xilinx公司型号为XC6SLX4的FPGA。
晶振4为100MHz的晶振。
两维声光衍射器件的控制方法，上位机通过通信接口1发送指令及数据到MPU2，两维声光衍射器件即AOD，通过光束在平面上扫出相应的图形，图形由若干个打点形成，加工前将图形的坐标转成AOD工作频率调节字即FTW，工作频率对应衍射角度；AOD可控制到每个点的能量大小，AOD的幅度控制字即ACW；
MPU2将接收到的数据存入存储器5中；
通信接口1通过发送加工速度参数来改变扫描速度，加工速度即MPU5启动对FPGA6的数据读取发送模块601的读取频率，读取频率越高扫描速度越快；通信接口1发送延时参数和控制模式参数给MPU2同时传输至FPGA6的出光控制模块602，分别设定激光出光的延时时间以及选择Gate控制还是Trigger控制；
开始加工时，加工启动信号通过触发接口3输入至MPU2的中断输入口和出光控制模块602的输入端，MPU2接收到加工信号后输出READ信号给数据读取发送模块601，数据读取发送模块601从存储器5中读取加工图形各个点对应的AOD的FTW和ACW，并发送给射频驱动器7，由于是两维正交的声光衍射器件，需两组工作频率和功率值对应于平面上的两维坐标；射频驱动器7接收到数据后分别驱动声光衍射器件一9和声光衍射器件二10进行扫描和功率变化；
晶振4作为全局时钟，对时序逻辑进行节拍控制；
FPGA6作为整个电路的桥梁，数字输入和输出引脚多，采用100MHz的晶振4作为全局时钟，对整个时序逻辑进行节拍控制。利用FPGA的锁存器、寄存器、多路选择器等功能单元；
数据读取发送模块601利用寄存器端口将声光衍射器件一9和声光衍射器件二10的工作数据，在锁存信号Latch1/Latch2和数据选择信号MUX1/MUX2的配合下传输给射频驱动器7，当MUX为(1,1)时传输FTW，当MUX为(0,1)时传输ACW，当Latch信号为高时，锁存数据；数据发送时序如图2所示。
出光控制模块602切换Gate控制和Trigger控制，同时根据延时参数进行延时出光。
Gate控制根据外部加工启动信号，延时设定的时间后再输出高电平到激光器8进行出光；延时是通过FPGA的计数器对时钟的计数实现；时序图如图3所示。
Trigger控制根据数据读取发送模块601输出的数据装载完成信号对激光器8进行脉冲控制。装载完成即对扫描图形个点的FTW和ACW数据从存储器5读取并装载到射频驱动器7，每完成一个点信息装载，即输出一个光脉冲。时序控制如图4所示。
通过网口发送数据至微处理器单位(Micro Processor Unit，以下称MPU)，并将数据存入存储器中。
通过网口发送命令至MPU，以执行相应的操作，如选图形，加工速度、延时参数等设置。
接收外部触发加工信号，执行位置数据及激光能量数据输出及扫描。
以现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，以下称FPGA)为桥梁，对数据进行存储和提取，将数据按时序输入射频驱动器，实现对两维声光衍射器件(Acousto-optical Defelcetors，以下称AOD)衍射角度控制。
实现激光器出光时序控制，包括门控(Gate)出光和触发(Trigger)出光。
综上所述，本发明控制电路实现对两维声光衍射器件的衍射角度改变和功率改变，最高扫描速度可达1.6M/S，在加工同等小孔的情况下，效率远大于振镜，并且可以实现每个点的功率大小变化。可以编辑不同的图形，加工方式切换灵活。实际应用中，效果佳，良率高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。