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基于DSP和FPGA的一体化速印机的研究

作　者: 韩雷
导　师: 杨树勋
学　校: 青岛科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 一体化速印机数字半色调误差扩散 USB2.0接口 DSP SVPWM
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本课题来源于深圳颐华有限责任公司的一体化速印机研发项目。针对一体化速印机专用图像处理芯片的采购渠道不通畅,且图像处理品质不高,本文提出了一种基于DSP和FPGA的一体化速印机解决方案。本文使用DSP替代专用图像处理芯片,仅通过图像处理算法的升级便可以在不更改硬件的前提下改善图像打印品质。另外,FPGA的使用使得电机、接触式图像传感器等部件的控制更加方便。本文在三相无刷直流电机的调速时,我们使用了SVPWM控制方法并且引入了转速、电流双闭环,脉动转矩小,调速精确。在使用FPGA控制步进电机的位置时使用了优化的定位控制策略。步进电机启动稳定,走步精确,同时保证到达位置的时间尽量短。分析比较了各种图像平滑方法,采用中值滤波法平滑图像,有效地消除了二进制噪声,并且保证了图像的清晰度。介绍了基于调幅(AM)和调频(FM)的数字半色调技术。并对基于调频(FM)的数字半色调技术中的误差扩散算法提出了使用了蛇形扫描、中值法选取阈值、Stucki滤波算法的改进措施,使图像更加细腻、清晰,无莫尔条纹。本文使用USB2.0全/高速功能设备芯片CY7C68013编程将设备描述为一台包含打印机和扫描仪的复合设备,使本文设计的一体化速印机具有了打印机和扫描仪的功能。本文设计的一体化速印机打破了日本对一体化速印机的核心技术的垄断。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-14
  1.1 课题来源  10
  1.2 一体化速印机的应用背景及市场分析  10-12
  1.3 国内外一体化速印机的研究状况及本文研究方向  12-13
  1.4 论文的组织及创新点  13-14
第二章一体化速印机工作原理  14-25
  2.1 一体化速印机系统硬件结构  14-17
  2.2 工作流程  17-18
  2.3 扫描元件  18-23
    2.3.1 扫描元件介绍  18-19
    2.3.2 CIS 的工作原理  19-20
    2.3.3 CIS 的FPGA 控制  20-23
  2.4 打印元件  23-25
    2.4.1 一体化速印机打印技术  23-24
    2.4.2 热敏打印头打印原理  24-25
第三章电机控制  25-47
  3.1 基于DSP 的三相无刷直流电机的调速  25-32
    3.1.1 基于SVPWM 的三相无刷直流电机双闭环调速  25
    3.1.2 SVPWM 原理  25-27
    3.1.3 转速、电流双闭环调速原理  27-28
    3.1.4 双闭环调速系统的硬件组成  28-29
    3.1.5 软件实现  29-31
    3.1.6 实验结果及分析  31-32
  3.2 基于FPGA 的步进电机位置控制  32-46
    3.2.1 步进电机的加减速定位控制原理  32-34
    3.2.2 步进电机位置系统的Verilog HDL 程序设计  34-46
  3.3 本章小结  46-47
第四章图像处理  47-63
  4.1 一体化速印机图像处理过程的概述  47
  4.2 模拟图像数字化  47-48
  4.3 γ校正  48-49
  4.4 图像平滑  49-55
    4.4.1 中值滤波  50-52
    4.4.2 频域低通滤波  52-54
    4.4.3 方案选取  54-55
  4.5 图像的二值化  55-56
  4.6 数字半色调处理  56-62
    4.6.1 基于AM 的数字半色调处理技术  56-59
    4.6.2 基于FM 的数字半色调处理技术  59-62
  4.7 本章小结  62-63
第五章 USB2.0 接口设计  63-75
  5.1 USB 概述  63-65
    5.1.1 USB 的发展历史  63
    5.1.2 USB 的特点  63-64
    5.1.3 USB 总线拓扑结构  64
    5.1.4 USB 接口芯片  64-65
    5.1.5 USB 芯片选择  65
  5.2 本一体化速印机系统的USB 接口芯片简介  65-66
  5.3 USB 固件程序设计  66-68
    5.3.1 主程序  66-67
    5.3.2 用户初始化模块  67-68
    5.3.3 响应主机请求模块  68
    5.3.4 描述符表  68
  5.4 USB 驱动程序设计  68-74
    5.4.1 固件下载驱动程序的编写  69-70
    5.4.2 打印机和扫描仪设备功能驱动程序的编写  70-71
    5.4.3 INF 安装文件  71-74
  5.5 本章小结  74-75
结束语及展望  75-76
参考文献  76-79
附录  79-91
  附录1：主程序源代码  79-80
  附录2：用户初始化模块源代码  80-82
  附录3：响应主机请求模块源代码(部分)  82-83
  附录4：描述符表Descriptor.a51 文件清单（部分）  83-86
  附录5：FX2 寄存器头文件FX2REGS.H(部分)  86
  附录6：USB 芯片的头文件FX2.H（部分）  86-87
  附录7：初始设备的安装文件  87-88
  附录8: 速印机安装文件（部分）  88-89
  附录9: 扫描仪的安装文件(部分)  89-90
  附录10: 本速印机的特殊功能介绍  90-91
致谢  91-92
攻读学位期间发表的学术论文目录  92-93

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