1、引言

ST450 PI網絡晶體中間測試機是一種應用于石英晶體生產的測試設備。在石英晶體生產的中測工序，中間測試機對石英晶體半成品按照工藝參數進行篩選。將參數合格的產品送到下一工序，將參數不合格但可以進一步調整的產品送回上一工序。中間測試機的核心是一臺裝有PI網絡測試卡的電腦，由測試卡采集信號，然后由電腦進行計算得到測試結果。設備電控部分實現的功能由驅動電機定位石英晶體、觸發測試卡進行測試，根據測試結果改變電路板上LED指示燈的狀態，并且指示燈的狀態要跟隨著運動的石英晶體。操作人員可根據LED燈的指示判斷對心石英晶體的品質。

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。測試時機械結構帶著石英晶體沿圓周步進運動，LED指示的狀態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

根據上述的要求，設備的電控由裝有PI網絡測試卡的電腦、控制電路和LED指示、操作按鈕、電源和驅動箱、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和一些驅動電路組成的動態刷新電路。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，主控板與測試電腦之間利用串口進行通訊。

3、 LED的動態刷新

每個石英晶體有7種狀態需要指示，如果每一個狀態一個LED指示，那么電路板上就需要144×7=1008個LED，很不經濟。如果利用多個LED組合（LED亮和LED滅的組合）代表狀態，那么電路板上就需要144×3=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。具體實現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。經過生產線的生產實踐表明這種方式效果良好。

關于LED的驅動方案，選擇的是動態刷新的方式。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條陰極驅動線依次接通，12條陽極驅動線輸出陰極驅動線所在的LED的狀態。由于LED只有1／12的時間通電，因此我們使用了很高的驅動電流。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存的使用；

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

c．刷新LED的子程序將讀取到的石英晶體狀態轉換成LED的狀態輸出。

5、 LED的狀態跟隨機械運動

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，如果機械結構的每次運動，就在內存中調整一次與LED對應的狀態值，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果在內存中的位置在不停的變動，使得測試結果的更新算法用匯編語言不好實現。其采取的辦法是，每個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的狀態時，讀取測試結果的開始位置是變化的。當刷新子程序從第二組LED狀態數據開始讀取時。電路扳上的第一組LED的狀態指示第二個石英晶體的測試結果，其他的LED的狀態也依次提前一個。從外觀上看所有LED的指示狀態向前移動了一個位置。

6、 串行通訊

主控電路需要觸發電腦測試過程，并且在測試結束時取得測試結果。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針非標準RS232通訊協議。根據RS232通訊協議，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

單一的5V電源，內部通過電荷泵提供±12V電源，（詳見圖3）。

在電腦上開發上位軟件，由其控制PI網絡測試卡的測試過程，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，同時制定了一個單字節的軟件通訊協議，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

雖然ST450 PI網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網絡晶體中間測試機在生產線上連續運行幾年，運行狀態良妤。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。