ST450 PI網(wǎng)絡(luò )晶體中間測試機的電控設計

　　ST450 PI網(wǎng)絡(luò )晶體中間測試機是一種應用于石英晶體生產(chǎn)的測試設備。在石英晶體生產(chǎn)的中測工序，中間測試機對石英晶體半成品按照工藝參數進(jìn)行篩選。將參數合格的產(chǎn)品送到下一工序，將參數不合格但可以進(jìn)一步調整的產(chǎn)品送回上一工序。中間測試機的核心是一臺裝有PI網(wǎng)絡(luò )測試卡的電腦，由測試卡采集信號，然后由電腦進(jìn)行計算得到測試結果。設備電控部分實(shí)現的功能由驅動(dòng)電機定位石英晶體、觸發(fā)測試卡進(jìn)行測試，根據測試結果改變電路板上LED指示燈的狀態(tài)，并且指示燈的狀態(tài)要跟隨著(zhù)運動(dòng)的石英晶體。操作人員可根據LED燈的指示判斷對心石英晶體的品質(zhì)。

　　中間測試機一次可以測試144個(gè)石英晶體，每個(gè)石英晶體的測試結果要分為頻高、頻低、電阻不良、頻高和電阻不良、頻低和電阻不良、開(kāi)路、良好幾類(lèi)。測試時(shí)機械結構帶著(zhù)石英晶體沿圓周步進(jìn)運動(dòng)，LED指示的狀態(tài)要跟隨運動(dòng)的石英晶體，確保任何時(shí)刻石英晶體與LED的狀態(tài)指示對應。測試完成后，操作人員按照LED燈的指示分類(lèi)提取石英晶體。

2 控制框圖

　　根據上述的要求，設備的電控由裝有PI網(wǎng)絡(luò )測試卡的電腦、控制電路和LED指示、操作按鈕、電源和驅動(dòng)箱、電機組成(見(jiàn)圖1)。主控電路是由一塊AT89C52單片機和外圍電路組成，LED指示使用的是8255和一些驅動(dòng)電路組成的動(dòng)態(tài)刷新電路。整個(gè)電路板為圓形，LED排列在圓周上。設備運行時(shí)石英晶體是沿圓周運動(dòng)，并且臨近電路板邊緣，操作者很容易看清任何一個(gè)石英晶體對應的LED狀態(tài)，主控板與測試電腦之間利用串口進(jìn)行通訊。

3 LED的動(dòng)態(tài)刷新

　　每個(gè)石英晶體有7種狀態(tài)需要指示，如果每一個(gè)狀態(tài)一個(gè)LED指示，那么電路板上就需要1447=1008個(gè)LED，很不經(jīng)濟。如果利用多個(gè)LED組合(LED亮和LED滅的組合)代表狀態(tài)，那么電路板上就需要1443=432個(gè)LED。

　　為了減少器件的使用量，我們用2個(gè)LED代表一個(gè)石英晶體的所有狀態(tài)。具體實(shí)現方法為使用一個(gè)紅色和一個(gè)綠色的LED，除了使用LED全亮全暗的4個(gè)狀態(tài)外；我們又使用LED閃爍表示信息，分別為綠色閃爍紅色暗，綠色暗紅色閃爍，綠色閃爍紅色閃爍。如此，僅用288個(gè)二級管代表144個(gè)石英晶體的7種狀態(tài)。經(jīng)過(guò)生產(chǎn)線(xiàn)的生產(chǎn)實(shí)踐表明這種方式效果良好。

　　關(guān)于LED的驅動(dòng)方案，選擇的是動(dòng)態(tài)刷新的方式。為了確保有足夠快的刷新頻率，需把每144個(gè)LED分在一個(gè)刷新矩陣中，每個(gè)矩陣每次刷新12個(gè)LED(見(jiàn)圖2)。

　　
　　刷新的過(guò)程為12條陰極驅動(dòng)線(xiàn)依次接通，12條陽(yáng)極驅動(dòng)線(xiàn)輸出陰極驅動(dòng)線(xiàn)所在的LED的狀態(tài)。由于LED只有1／12的時(shí)間通電，因此我們使用了很高的驅動(dòng)電流。用人的眼睛觀(guān)察，LED的亮度并不會(huì )受到影響。

4 LED狀態(tài)的控制

　　我們在電路中使用了廉價(jià)的AT89C52單片機，其硬件資源很有限。在本應用中有144個(gè)石英晶體的狀態(tài)要保存。而單片機僅僅有256字節的內存，如何合理使用有限的內存是編程中需要解決的主要問(wèn)題之一。

　　共解決方案為：

　　a．使用匯編語(yǔ)言編制控制程序，這樣可以精確地控制內存的使用；

　　b．使用半個(gè)字節(4位)代表一個(gè)石英晶體的8個(gè)狀態(tài)，使用72個(gè)字節就可表示144個(gè)石英晶體的所有狀態(tài)；

　　c．刷新LED的子程序將讀取到的石英晶體狀態(tài)轉換成LED的狀態(tài)輸出。

5 LED的狀態(tài)跟隨機械運動(dòng)

　　因為機械在不停的運動(dòng)，因為對應的LED顯示也必須跟著(zhù)變化。同時(shí)，測試電腦傳來(lái)的測試結果必須實(shí)時(shí)記錄并顯示在石英晶體對應的LED上，如果機械結構的每次運動(dòng)，就在內存中調整一次與LED對應的狀態(tài)值，必然會(huì )有較大的CPU運算開(kāi)銷(xiāo)。同時(shí)，同一個(gè)石英晶體的測試結果在內存中的位置在不停的變動(dòng)，使得測試結果的更新算法用匯編語(yǔ)言不好實(shí)現。其采取的辦法是，每個(gè)石英晶體的測試結果在內存中的位置是固定的。但在刷新LED的狀態(tài)時(shí)，讀取測試結果的開(kāi)始位置是變化的。當刷新子程序從第二組LED狀態(tài)數據開(kāi)始讀取時(shí)。電路扳上的第一組LED的狀態(tài)指示第二個(gè)石英晶體的測試結果，其他的LED的狀態(tài)也依次提前一個(gè)。從外觀(guān)上看所有LED的指示狀態(tài)向前移動(dòng)了一個(gè)位置。

6 串行通訊

　　主控電路需要觸發(fā)電腦測試過(guò)程，并且在測試結束時(shí)取得測試結果。為了電路的通用性和易于擴展，直接使用計算機COM口，采用9針?lè )菢藴蔙S232通訊協(xié)議。根據RS232通訊協(xié)議，電腦COM口的RXD、TXD信號為12 V電平，而單片機上的信號為T(mén)TL電平。此電路只需要

　　

　　在電腦上開(kāi)發(fā)上位軟件，由其控制PI網(wǎng)絡(luò )測試卡的測試過(guò)程，并且將測試結果傳到單片機上，在單片機上的程序也同樣編制了相應的通訊模塊與其配合，同時(shí)制定了一個(gè)單字節的軟件通訊協(xié)議，完成各種信息的通訊。

　　上位機程序主要的通訊代碼為：

　　下位機通訊主要代碼：

　　


7 結束語(yǔ)

　　雖然ST450 PI網(wǎng)絡(luò )晶體中間測試機的控制部分使用得器件均為廉價(jià)的通用器件，使用的技術(shù)也是成熟的通用技術(shù)。但PI網(wǎng)絡(luò )晶體中間測試機在生產(chǎn)線(xiàn)上連續運行幾年，運行狀態(tài)良妤。簡(jiǎn)單的專(zhuān)用電子設備的設計不一定非得使用高新技術(shù)或者先進(jìn)器件，其實(shí)通用器件不但廉價(jià)，而且可靠性也較高。通用技術(shù)經(jīng)過(guò)很多的應用考驗，而且有豐富資料可以參考。合理的選用器件和使用技術(shù)，不但可以降低成本而且設計風(fēng)險也比較小。