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摘 要：本文主要针对高精度喷头这一控制系统展开了分析，并对这一控制系统的硬件电路设计构成进行了简要的探讨，同时探讨了FPGA软件系统的设计形式以及FPGA模块仿真波形，以此来得出基于FPGA的全印制电子高精度喷头控制系统的具体应用和设计形式。希望通过本文的探究，能够为相关的人员提供一定的参考和借鉴。
关键词：FPGA；全印制电子；高精度喷头控制系统
所谓的全印制电子技术也就是所称的可印制电子技术，该技术属于新型的技术类型，在我国的加工生产行业中有着广泛的应用空间。而在全印制电子技术中，喷头可以说是其一个重要组件，而喷头控制系统则可以有效的影响到全印制电子打印的质量，因此，为了能够提高全印制电子打印的质量，相关的人员在FPGA的基础上，为全印制电子配备了高精度喷头控制系统，以达到良好的全印刷效果。
1 高精度喷头控制系统
在喷头控制系统中，最关键的组件就是FPGA主控制器，该主控制器在喷头控制系统中起到了绝对的作用。就依据FPGA来进行分析，高精度喷头控制系统所能够发挥出的功能主要包括以下几种：首先，FPGA在控制系统中，占据着核心的地位，起到主控制的作用，能够针对各个路段所提供的信号进行有效的处理和排序；其次，电源电路也受到FPGA的控制，电源电路在控制系统中，主要的作用就是配合FPGA主控芯片，实现电压的控制和提供；再次，FPGA主控芯片能够对喷头电压控制电路进行合理的掌控，其能够针对PWM控制信号进行收集和处理，从而达到控制喷头运作需要的电压；然后，FPGA能够对喷头运作的温度进行有效的调整，并对开关信号进行合理的分析，从而使得喷头控制系统的温度可以得到精确的控制。最后，在FPGA的基础上，喷头波形电路会发生一些有关的波形信号，并且还会产生一定的满足喷头运作的逻辑信号，从而使得喷头功率以及电压等实现有效的配合和联结。
除了上述的几点功能之外，高精度喷头控制系统还能够将LVDS通信电路中各种有效的通信信号进行合理的收集，以达到控制喷头电路以及主电路的效果。
2 硬件电路设计
2.1 主控制器及其外围电路设计
高精度喷头控制系统所采用的主控制器芯片有着丰富的资源支持硬件，能够供300位以上用户共同使用一个I/O口，并且系统的运行频率也相对较高，并且方便拆卸和重新设定，能够支持多个IP同时运作。
外围电路就是指代的多种系统外部附着的电路，比如时钟电路以及配置电路等。在高精度喷头控制系统中，时钟电路的运行效率哎50MHz左右，并且与FPGA时钟进行连接，在内部利用PLL进行精确频率定位。FPGA电位较低，需要利用合理的芯片才能够确定复位信号的精确位置。在该控制系统中，所选用的各种配套系统以及JTAG方式配件，不仅性价比高，而且电路配置简单，应用效果突出。
2.2 电源电路设计
四个供电电压才能够支持一个喷头控制系统正常进行运作。同时还要保障这四个供电电压之前的稳定和能够进行有效的转换，只有这样才能够使得喷头控制系统可以满足相应的运作要求。一般来说，喷头控制系统的电源接口输入的电压值需要为24V，而且输入的途径总共有三条。每一条输入线路中，都会设置一个芯片，并且将芯片所产生的电压作为FPGA内部的核定电压。
2.3 喷头电压控制电路设计
Konica KM1024喷头是一款基于压电陶瓷（PZT）的喷墨打印头。压电陶瓷的基本特性是在它上面施加一个电压能够引起它的运动。本文采用电压可调DC-DC变换器实现电压值精确调节。其输入为24V，输出为10-20V可调节，调节精度为0.1V。驱动时间则是通过设置软件中的参数来调节，调节范围2us～6us，调节精度为20ns。FPGA引脚产生PWM信号，通过一个RC低通滤波器接到MAX15020的REFIN引脚，通过调节PWM信号的占空比来调节REFIN引脚的电压。
2.4 喷头温度控制电路设计
喷头温度控制在一定范围内才能使喷头内部的墨水保持一定的粘度。墨水只有在一定的粘度下才能喷出较好的墨滴形态。本系统的温度控制调节范围为20℃～55℃，调节精度为0.1℃。喷头内部集成了带聚酰亚胺盖的不锈钢加热器，其电阻值为30Ω，功率为20w。内部还集成了型号为NCP18XH103J03RB的热敏电阻，由此可知，喷头温度控制电路主要涉及喷头加热电路和喷头温度采样电路两部分，构成一个全闭环以达到精确的温度控制。
2.5 喷头波形控制电路设计
Konica KM1024喷头只有在满足一定时序要求的控制信号作用下才能正常的喷出墨滴。时序信号一般由FPGA主控芯片产生，但是FPGA产生控制信号功率和电压与喷头要求的功率和电压并不匹配，中间需加驱动器进行匹配。本系统采用了TI公司的SN74LVTH16244，它是一种具有三态输出功能的16位缓冲器和线路驱动器，工作电压3.3V。
3 FPGA软件系统设计
依据不同的功能模块可以采用不同的设计形式对FPGA软件进行设计，然后再利用并行控制的方式来对FPGA软件系统进行合理的内部控制。完成设计的FPGA软件系统需要能够对AD数据进行合理的收集以及输出处理。在对FPGA程序进行设计的过程中，需要构建有效的开发平台，一般可在集成开发的平台上，合理的应用硬件来进行语言和声音、图像等的输入处理，FPGA软件系统通常是从上开始设计，一直设计到下部，这样的设计方式，能够有效的满足控制系统功能的要求以及性能的要求，从而也可以使得喷头控制系统可以随时进行调整和养护。
FPGA程序主要由LVDS通信模块、喷头时序模块、温度电压控制模块、电压PWM模块、电压AD模块、温度控制模块和温度AD模块组成。LVDS通信模块负责控制SN65LV1023A和SN65LV1224B芯片，接受和发送LVDS通信数据，并对数据进行初步解析。LVDS通信模块首先判定接受的是喷头打印数据还是温度电压控制命令。
4 FPGA模块仿真波形
所有模块均采用标准的硬件描述语言Verilog实现。程序编写完成之后都进行了行为仿真和时序仿真。每当点火信号grating上升沿时产生一次喷墨打印动作。首先产生FIFO数据读取信号rd_n，把数据读入到喷头控制模块当中，然后产生喷头数据时钟信号Shift_clk，将数据写入喷头当中。数据写完之后便产生锁存信号Latch，把数据锁存在喷头寄存器中，便可以接受下一次点火信号。最后可以产生电压驱动波形PLSTM1和PLSTM2，将墨滴压出。这种喷头不仅满足时序要求，并且系统具有灰度可调，点火频率可调，驱动脉宽可调等功能，完全满足各种新型电子材料的打印要求。
结束语
综上所述，为了能够使得喷头控制系统的应用效果可以得到提升，本文就在FPGA的基础上，设计了一个全印制电子高精度喷头控制系统，该控制系统充分的结合了多种电路模块和控制模块，使得喷头在进行运作的过程中，温度以及电压等都得到了合理的控制，并且硬件相关语言以及图像都能够得到有效的输入，这样的喷头控制系统满足了高质量喷印的要求，使得喷印得到了极大的发展。
参考文献
[1]张思杰，赵泰，汪振兴，石岭.基于FPGA的USB接口数据采集系统设计[J].电子技术应用，2011（5）.
[2]范丹，何永强，方晋贤.高速LVDS接口电路设计[J].仪表技术，2010（4）.
[3]内置开关的高压（40V）DC-DC转换器MAX15020[J].电子技术应用，2011（9）.
关键词：FPGA；全印制电子；高精度喷头控制系统
所谓的全印制电子技术也就是所称的可印制电子技术，该技术属于新型的技术类型，在我国的加工生产行业中有着广泛的应用空间。而在全印制电子技术中，喷头可以说是其一个重要组件，而喷头控制系统则可以有效的影响到全印制电子打印的质量，因此，为了能够提高全印制电子打印的质量，相关的人员在FPGA的基础上，为全印制电子配备了高精度喷头控制系统，以达到良好的全印刷效果。
1 高精度喷头控制系统
在喷头控制系统中，最关键的组件就是FPGA主控制器，该主控制器在喷头控制系统中起到了绝对的作用。就依据FPGA来进行分析，高精度喷头控制系统所能够发挥出的功能主要包括以下几种：首先，FPGA在控制系统中，占据着核心的地位，起到主控制的作用，能够针对各个路段所提供的信号进行有效的处理和排序；其次，电源电路也受到FPGA的控制，电源电路在控制系统中，主要的作用就是配合FPGA主控芯片，实现电压的控制和提供；再次，FPGA主控芯片能够对喷头电压控制电路进行合理的掌控，其能够针对PWM控制信号进行收集和处理，从而达到控制喷头运作需要的电压；然后，FPGA能够对喷头运作的温度进行有效的调整，并对开关信号进行合理的分析，从而使得喷头控制系统的温度可以得到精确的控制。最后，在FPGA的基础上，喷头波形电路会发生一些有关的波形信号，并且还会产生一定的满足喷头运作的逻辑信号，从而使得喷头功率以及电压等实现有效的配合和联结。
除了上述的几点功能之外，高精度喷头控制系统还能够将LVDS通信电路中各种有效的通信信号进行合理的收集，以达到控制喷头电路以及主电路的效果。
2 硬件电路设计
2.1 主控制器及其外围电路设计
高精度喷头控制系统所采用的主控制器芯片有着丰富的资源支持硬件，能够供300位以上用户共同使用一个I/O口，并且系统的运行频率也相对较高，并且方便拆卸和重新设定，能够支持多个IP同时运作。
外围电路就是指代的多种系统外部附着的电路，比如时钟电路以及配置电路等。在高精度喷头控制系统中，时钟电路的运行效率哎50MHz左右，并且与FPGA时钟进行连接，在内部利用PLL进行精确频率定位。FPGA电位较低，需要利用合理的芯片才能够确定复位信号的精确位置。在该控制系统中，所选用的各种配套系统以及JTAG方式配件，不仅性价比高，而且电路配置简单，应用效果突出。
2.2 电源电路设计
四个供电电压才能够支持一个喷头控制系统正常进行运作。同时还要保障这四个供电电压之前的稳定和能够进行有效的转换，只有这样才能够使得喷头控制系统可以满足相应的运作要求。一般来说，喷头控制系统的电源接口输入的电压值需要为24V，而且输入的途径总共有三条。每一条输入线路中，都会设置一个芯片，并且将芯片所产生的电压作为FPGA内部的核定电压。
2.3 喷头电压控制电路设计
Konica KM1024喷头是一款基于压电陶瓷（PZT）的喷墨打印头。压电陶瓷的基本特性是在它上面施加一个电压能够引起它的运动。本文采用电压可调DC-DC变换器实现电压值精确调节。其输入为24V，输出为10-20V可调节，调节精度为0.1V。驱动时间则是通过设置软件中的参数来调节，调节范围2us～6us，调节精度为20ns。FPGA引脚产生PWM信号，通过一个RC低通滤波器接到MAX15020的REFIN引脚，通过调节PWM信号的占空比来调节REFIN引脚的电压。
2.4 喷头温度控制电路设计
喷头温度控制在一定范围内才能使喷头内部的墨水保持一定的粘度。墨水只有在一定的粘度下才能喷出较好的墨滴形态。本系统的温度控制调节范围为20℃～55℃，调节精度为0.1℃。喷头内部集成了带聚酰亚胺盖的不锈钢加热器，其电阻值为30Ω，功率为20w。内部还集成了型号为NCP18XH103J03RB的热敏电阻，由此可知，喷头温度控制电路主要涉及喷头加热电路和喷头温度采样电路两部分，构成一个全闭环以达到精确的温度控制。
2.5 喷头波形控制电路设计
Konica KM1024喷头只有在满足一定时序要求的控制信号作用下才能正常的喷出墨滴。时序信号一般由FPGA主控芯片产生，但是FPGA产生控制信号功率和电压与喷头要求的功率和电压并不匹配，中间需加驱动器进行匹配。本系统采用了TI公司的SN74LVTH16244，它是一种具有三态输出功能的16位缓冲器和线路驱动器，工作电压3.3V。
3 FPGA软件系统设计
依据不同的功能模块可以采用不同的设计形式对FPGA软件进行设计，然后再利用并行控制的方式来对FPGA软件系统进行合理的内部控制。完成设计的FPGA软件系统需要能够对AD数据进行合理的收集以及输出处理。在对FPGA程序进行设计的过程中，需要构建有效的开发平台，一般可在集成开发的平台上，合理的应用硬件来进行语言和声音、图像等的输入处理，FPGA软件系统通常是从上开始设计，一直设计到下部，这样的设计方式，能够有效的满足控制系统功能的要求以及性能的要求，从而也可以使得喷头控制系统可以随时进行调整和养护。
FPGA程序主要由LVDS通信模块、喷头时序模块、温度电压控制模块、电压PWM模块、电压AD模块、温度控制模块和温度AD模块组成。LVDS通信模块负责控制SN65LV1023A和SN65LV1224B芯片，接受和发送LVDS通信数据，并对数据进行初步解析。LVDS通信模块首先判定接受的是喷头打印数据还是温度电压控制命令。
4 FPGA模块仿真波形
所有模块均采用标准的硬件描述语言Verilog实现。程序编写完成之后都进行了行为仿真和时序仿真。每当点火信号grating上升沿时产生一次喷墨打印动作。首先产生FIFO数据读取信号rd_n，把数据读入到喷头控制模块当中，然后产生喷头数据时钟信号Shift_clk，将数据写入喷头当中。数据写完之后便产生锁存信号Latch，把数据锁存在喷头寄存器中，便可以接受下一次点火信号。最后可以产生电压驱动波形PLSTM1和PLSTM2，将墨滴压出。这种喷头不仅满足时序要求，并且系统具有灰度可调，点火频率可调，驱动脉宽可调等功能，完全满足各种新型电子材料的打印要求。
结束语
综上所述，为了能够使得喷头控制系统的应用效果可以得到提升，本文就在FPGA的基础上，设计了一个全印制电子高精度喷头控制系统，该控制系统充分的结合了多种电路模块和控制模块，使得喷头在进行运作的过程中，温度以及电压等都得到了合理的控制，并且硬件相关语言以及图像都能够得到有效的输入，这样的喷头控制系统满足了高质量喷印的要求，使得喷印得到了极大的发展。
参考文献
[1]张思杰，赵泰，汪振兴，石岭.基于FPGA的USB接口数据采集系统设计[J].电子技术应用，2011（5）.
[2]范丹，何永强，方晋贤.高速LVDS接口电路设计[J].仪表技术，2010（4）.
[3]内置开关的高压（40V）DC-DC转换器MAX15020[J].电子技术应用，2011（9）.