1、引言

ST450 PI網(wǎng)絡(luò)晶體中間測(cè)試機(jī)是一種應(yīng)用于石英晶體生產(chǎn)的測(cè)試設(shè)備。在石英晶體生產(chǎn)的中測(cè)工序，中間測(cè)試機(jī)對(duì)石英晶體半成品按照工藝參數(shù)進(jìn)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(jìn)一步調(diào)整的產(chǎn)品送回上一工序。中間測(cè)試機(jī)的核心是一臺(tái)裝有PI網(wǎng)絡(luò)測(cè)試卡的電腦，由測(cè)試卡采集信號(hào)，然后由電腦進(jìn)行計(jì)算得到測(cè)試結(jié)果。設(shè)備電控部分實(shí)現(xiàn)的功能由驅(qū)動(dòng)電機(jī)定位石英晶體、觸發(fā)測(cè)試卡進(jìn)行測(cè)試，根據(jù)測(cè)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(yùn)動(dòng)的石英晶體。操作人員可根據(jù)LED燈的指示判斷對(duì)心石英晶體的品質(zhì)。

中間測(cè)試機(jī)一次可以測(cè)試144個(gè)石英晶體，每個(gè)石英晶體的測(cè)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(cè)試時(shí)機(jī)械結(jié)構(gòu)帶著石英晶體沿圓周步進(jìn)運(yùn)動(dòng)，LED指示的狀態(tài)要跟隨運(yùn)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(duì)應(yīng)。測(cè)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(shè)備的電控由裝有PI網(wǎng)絡(luò)測(cè)試卡的電腦、控制電路和LED指示、操作按鈕、電源和驅(qū)動(dòng)箱、電機(jī)組成（見圖1）。主控電路是由一塊AT89C52單片機(jī)和外圍電路組成，LED指示使用的是8255和一些驅(qū)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(shè)備運(yùn)行時(shí)石英晶體是沿圓周運(yùn)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(duì)應(yīng)的LED狀態(tài)，主控板與測(cè)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144×7=1008個(gè)LED，很不經(jīng)濟(jì)。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144×3=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(xiàn)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(jí)管代表144個(gè)石英晶體的7種狀態(tài)。經(jīng)過生產(chǎn)線的生產(chǎn)實(shí)踐表明這種方式效果良好。

關(guān)于LED的驅(qū)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（見圖2）。

刷新的過程為12條陰極驅(qū)動(dòng)線依次接通，12條陽極驅(qū)動(dòng)線輸出陰極驅(qū)動(dòng)線所在的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(qū)動(dòng)電流。用人的眼睛觀察，LED的亮度并不會(huì)受到影響。

4、 LED狀態(tài)的控制

我們?cè)陔娐分惺褂昧肆畠r(jià)的AT89C52單片機(jī)，其硬件資源很有限。在本應(yīng)用中有144個(gè)石英晶體的狀態(tài)要保存。而單片機(jī)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(gè)字節(jié)（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(jié)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?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(jī)械運(yùn)動(dòng)

因?yàn)闄C(jī)械在不停的運(yùn)動(dòng)，因?yàn)閷?duì)應(yīng)的LED顯示也必須跟著變化。同時(shí)，測(cè)試電腦傳來的測(cè)試結(jié)果必須實(shí)時(shí)記錄并顯示在石英晶體對(duì)應(yīng)的LED上，如果機(jī)械結(jié)構(gòu)的每次運(yùn)動(dòng)，就在內(nèi)存中調(diào)整一次與LED對(duì)應(yīng)的狀態(tài)值，必然會(huì)有較大的CPU運(yùn)算開銷。同時(shí)，同一個(gè)石英晶體的測(cè)試結(jié)果在內(nèi)存中的位置在不停的變動(dòng)，使得測(cè)試結(jié)果的更新算法用匯編語言不好實(shí)現(xiàn)。其采取的辦法是，每個(gè)石英晶體的測(cè)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(shí)，讀取測(cè)試結(jié)果的開始位置是變化的。當(dāng)刷新子程序從第二組LED狀態(tài)數(shù)據(jù)開始讀取時(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(cè)試結(jié)果，其他的LED的狀態(tài)也依次提前一個(gè)。從外觀上看所有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(cè)試過程，并且在測(cè)試結(jié)束時(shí)取得測(cè)試結(jié)果。為了電路的通用性和易于擴(kuò)展，直接使用計(jì)算機(jī)COM口，采用9針非標(biāo)準(zhǔn)RS232通訊協(xié)議。根據(jù)RS232通訊協(xié)議，電腦COM口的RXD、TXD信號(hào)為±12 V電平，而單片機(jī)上的信號(hào)為TTL電平。此電路只需要

單一的5V電源，內(nèi)部通過電荷泵提供±12V電源，（詳見圖3）。

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

上位機(jī)程序主要的通訊代碼為：

下位機(jī)通訊主要代碼：

7、 結(jié)束語

雖然ST450 PI網(wǎng)絡(luò)晶體中間測(cè)試機(jī)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(cè)試機(jī)在生產(chǎn)線上連續(xù)運(yùn)行幾年，運(yùn)行狀態(tài)良妤。簡(jiǎn)單的專用電子設(shè)備的設(shè)計(jì)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)過很多的應(yīng)用考驗(yàn)，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(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)也比較小。