ST450 PI網(wǎng)絡晶體中間測試機的電控設計

　　ST450 PI網(wǎng)絡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(shù)進行篩選。將參數(shù)合格的產(chǎn)品送到下一工序，將參數(shù)不合格但可以進一步調(diào)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)絡測試卡的電腦，由測試卡采集信號，然后由電腦進行計算得到測試結(jié)果。設備電控部分實現(xiàn)的功能由驅(qū)動電機定位石英晶體、觸發(fā)測試卡進行測試，根據(jù)測試結(jié)果改變電路板上LED指示燈的狀態(tài)，并且指示燈的狀態(tài)要跟隨著運動的石英晶體。操作人員可根據(jù)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個石英晶體，每個石英晶體的測試結(jié)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、開路、良好幾類。測試時機械結(jié)構帶著石英晶體沿圓周步進運動，LED指示的狀態(tài)要跟隨運動的石英晶體，確保任何時刻石英晶體與LED的狀態(tài)指示對應。測試完成后，操作人員按照LED燈的指示分類提取石英晶體。

2 控制框圖

　　根據(jù)上述的要求，設備的電控由裝有PI網(wǎng)絡測試卡的電腦、控制電路和LED指示、操作按鈕、電源和驅(qū)動箱、電機組成(見圖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(qū)動電路組成的動態(tài)刷新電路。整個電路板為圓形，LED排列在圓周上。設備運行時石英晶體是沿圓周運動，并且臨近電路板邊緣，操作者很容易看清任何一個石英晶體對應的LED狀態(tài)，主控板與測試電腦之間利用串口進行通訊。

3 LED的動態(tài)刷新

　　每個石英晶體有7種狀態(tài)需要指示，如果每一個狀態(tài)一個LED指示，那么電路板上就需要1447=1008個LED，很不經(jīng)濟。如果利用多個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LED。

　　為了減少器件的使用量，我們用2個LED代表一個石英晶體的所有狀態(tài)。具體實現(xiàn)方法為使用一個紅色和一個綠色的LED，除了使用LED全亮全暗的4個狀態(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個二級管代表144個石英晶體的7種狀態(tài)。經(jīng)過生產(chǎn)線的生產(chǎn)實踐表明這種方式效果良好。

　　關于LED的驅(qū)動方案，選擇的是動態(tài)刷新的方式。為了確保有足夠快的刷新頻率，需把每144個LED分在一個刷新矩陣中，每個矩陣每次刷新12個LED(見圖2)。

　　
　　刷新的過程為12條陰極驅(qū)動線依次接通，12條陽極驅(qū)動線輸出陰極驅(qū)動線所在的LED的狀態(tài)。由于LED只有1／12的時間通電，因此我們使用了很高的驅(qū)動電流。用人的眼睛觀察，LED的亮度并不會受到影響。

4 LED狀態(tài)的控制

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

　　共解決方案為：

　　a．使用匯編語言編制控制程序，這樣可以精確地控制內(nèi)存的使用；

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

　　c．刷新LED的子程序?qū)⒆x取到的石英晶體狀態(tài)轉(zhuǎn)換成LED的狀態(tài)輸出。

5 LED的狀態(tài)跟隨機械運動

　　因為機械在不停的運動，因為對應的LED顯示也必須跟著變化。同時，測試電腦傳來的測試結(jié)果必須實時記錄并顯示在石英晶體對應的LED上，如果機械結(jié)構的每次運動，就在內(nèi)存中調(diào)整一次與LED對應的狀態(tài)值，必然會有較大的CPU運算開銷。同時，同一個石英晶體的測試結(jié)果在內(nèi)存中的位置在不停的變動，使得測試結(jié)果的更新算法用匯編語言不好實現(xiàn)。其采取的辦法是，每個石英晶體的測試結(jié)果在內(nèi)存中的位置是固定的。但在刷新LED的狀態(tài)時，讀取測試結(jié)果的開始位置是變化的。當刷新子程序從第二組LED狀態(tài)數(shù)據(jù)開始讀取時。電路扳上的第一組LED的狀態(tài)指示第二個石英晶體的測試結(jié)果，其他的LED的狀態(tài)也依次提前一個。從外觀上看所有LED的指示狀態(tài)向前移動了一個位置。

6 串行通訊

　　主控電路需要觸發(fā)電腦測試過程，并且在測試結(jié)束時取得測試結(jié)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針非標準RS232通訊協(xié)議。根據(jù)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TTL電平。此電路只需要

　　

　　在電腦上開發(fā)上位軟件，由其控制PI網(wǎng)絡測試卡的測試過程，并且將測試結(jié)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，同時制定了一個單字節(jié)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(jié)束語

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