基于可编程逻辑阵列的SMT检测步进电机脉冲分配器的设计与实现.pdf

2 0 工业仪表与自动化装置 2 0 1 1年第 5期 基 于可编程逻 辑 阵列的 S MT 检 测步进 电机脉 冲分配器 的设计与实现 卢霞 兰州工业高等专科 学校 软件工程 系， 兰州 7 3 0 0 5 0 摘要 针对 S MT检测定位 高精度的要 求， 提 出了步进 电机运动控制方案 ， 以 A T 8 9 C 5 5单 片机 为控制核心 ， 利用可编程逻辑阵列器件 G A L 1 6 V 8作 为环形脉冲分 配器 ， 实现步进 电机 的控制。给 出 了软硬 件设 计 方 法。 关键词 步进 电机 ； 控制 ； 单片机 ； 可编程逻辑阵列 中图分类号 T P 2 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 0 0 6 8 2 2 0 1 1 0 5 0 0 2 0 0 3 De s i g n a n d r e a l i z a t i o n o f s t e p p i ng mo t o r p ul s e d i s t r i b u t o r t h a t a pp l i e d t o S M T d e t e c t i o n ba s e d o n g e ne r i c a r r a y l o g i c LU Xi a S o f t w a r e E n g i n e e r i n g D e p a r t m e n t ， L a n z h o u P o l y t e c h n i c C o l l e g e ， L a n z h o u 7 3 0 0 5 0， C h i n a Abs t r a c t Th i s p a p e r p u t s f o r wa r d t he c o n t r o l l i n g s c h e me o f s t e p p i n g mo t o r b y t he d e ma n d f o r h i g h p r e c i s i o n o f S MT de t e c t i n g o r i e n t a t i o n，whi c h ma ke u s e o f g e n e r i c a r r a y l o g i c GAL1 6V8 a s c y c l e p u l s e d i s t r i b u t o r t o c o n t r o l s t e p p i n g mo t o r wi t h mi c r o c o n t r o l u ni t AT8 9C5 5 a s c o n t r o l c o r e ．I t a l s o g i v e s i t s d e s i g n p r o c e d ur e s o f h a r d wa r e a n d s o f t wa r e ． Ke y wo r d s s t e p pi n g mo t o r ；c o n t r o l ；MCU ；GAL 0 引言 在 S M T 表面贴装技术 生产工艺缺陷 自动检 测系统 中， 常以锡膏印刷质量 、 回流焊前后贴片数据 采集为研究对象 ， 为了精确检测 和标识 P C B 印刷 电路板 产品的工艺缺陷， 提高定位测量精度， 采用 步进电机完成这一高精度运动控制。对步进电机的 控制主要采用分立器件组成的环形脉 冲分配器 、 软 件环形脉冲分配器 、 专用集成芯片环形脉冲分配器 等。分立器件组成 的环形脉 冲分配器体积 比较大 ， 同时 由于分散器件 的延时 ， 其可靠性大大降低 ； 软件 环形分配器要 占用主机 的运行时间， 降低 了速度 ； 专 用集成芯片环形脉冲分配器集成度高、 可靠性好 ， 但 其适应性受 到限制 ， 同时开发周期长 、 需求 费用 较 高。该文利用可编程逻辑 阵列器件 G A L 1 6 V 8设计 收稿 日期 2 0 1 1 0 21 6 基金项 目 甘肃省教育厅科研基金资助项 目 1 0 1 4 D一 0 2 作者简介 卢霞 1 9 6 6 ， 女 ， 河北涿州人 ， 高级 工程师 ， 1 9 8 9年毕 业于郑州轻工业学 院信息与控制工程 系计算 机应用 专业 ， 现 主要从 事计算机与 自动化技术等方面 的教学 与科研开发工作 。 环形脉冲分配器 ， 以 A T 8 9 C 5 5为 MC U Mi c r o C o n t r o l U n i t ， 控制步进电机 在 方 向和 l ， 方向顺 序运动 ， 提高 S MT生产缺陷检测 的定位精度和平稳度 ， 较好 地保证生产工艺过程跟踪和最终品质 。 1 GAL 1 6 V 8和 MCU简介 G A L 1 6 V 8是美 国 L a t t i c e公 司研制的一种可 电 改写、 可重复编程 、 可加密 的新型可 编程逻辑 阵列 G A L G e n e ti c A r r a y L o g i c 器件 。具有速度快 、 容量 大、 功耗低和设计灵活等特点 ， 内部 由缓冲器 、 与门 阵列、 8 个输 出逻辑宏单元 O L MC 或 门阵列包含其 中 组成 ， 其中缓冲器包括 8个输入缓 冲器 、 8个输 出缓冲器 ， 8个输 出反馈／ 输 入缓冲器 ； 与 门阵列 由 8 8 3门组成 ， 共形成 6 4个乘积项。G A L 1 6 V 8可用 来构成译码器 、 优先级编码器 、 多路开关 、 比较器、 移 位寄存器 、 计数器、 总线仲裁器等。采用 G A L 1 6 V 8对 两相和四相混和式步进电机进行控制， 不仅简化了系 统的结构 ， 降低了成本 ， 而且编程灵活方便 、 高速低功 耗 ， 提高了系统的可靠性， 使系统具有更强的适应性 。 MC U选用 A T 8 9 C 5 5， 它 是 A t me l公 司 的低 电 2 0 1 1年第 5期 工业仪表与 自动化装 置 2 1 压 、 C MO S 、 高性 能 8位单片机 ， 片 内所 含 2 0 k b y t e s 的可反复擦写的 F l a s h只读程序存储器和 2 5 6 b y t e s 的随机存取数据存储器 R A M ， 可有效 降低开发成 本 。该器件兼容标准 MC S一 5 1指令系统 ， 引脚兼容 工业标准 8 9 C 5 1和 8 9 C 5 2芯片 ， 有 4 0个引脚 ， 3 2个 外部双向 I ／ 0端 口， 同时内含 2个外 中断 口， 2个 1 6 位可编程定时计数器 ， 2个全双工串行通信 口， 2个 读写 口线 ， 片 内时钟 电路。采用通用编程方式 ， 适用 于多数嵌入式应用系统 。 2 硬件设计 S MT生 产缺陷 自动检测 系统选 用 了四相 混和 式步进 电机分 别控制 方 向和 y方 向的运 动 ， 因 此 ， 控制步进电机的环形脉冲分配器选用可编程逻 辑阵列器 件 G A L 1 6 8 ， 并 配 合 A T 8 9 C 5 5单 片机 实 现。在单片机 的 I ／ O接 口资源有限时， G A L 1 6 V 8既 可以完成地址译码任务 ， 又可对其 I ／ O接 口进行扩 展 ， 把外部器件和外部数据存储器统一编址 ， 让单片 机能够对外部器件进行读写操作 。同时选用 2块 7 路的达林顿驱动器阵列 MC 1 4 1 3分别驱动步进 电机 完成 方 向和 l ， 方 向的运动 。MC 1 4 1 3是高耐 压、 大 电流达林顿阵列反相驱动器 ， 内部 由7个硅 N P N 达林顿管组成 ， 灌 电流可达 5 0 0 mA， 可 以直接处理 原先需要标准逻辑缓冲器来处理 的数据 ， 并且能够 在关态时承受 5 0 V的电压 ， 输出还可以在高负载 电 流下并行运行。步进 电机的驱动控制电路如图 1所 示 。另外 ， 为避免 S MT工业生产环境 中产生干扰 的 宽脉 冲对 C P U操作码 和地 址码 的影 响， 防止程 序 “ 跑飞” ， 选 用 一 块 常用 的看 门狗／ 复 位专 用 芯 片 M A X 8 1 3 L ， 以便在程序执行过程中保护数据， 引导 单片机重启动。 ／ U 2 G A L 1 6 V 8 ／ u 3 M c 1 4 1 3 U 4 M C l 4 l 3 U l A T 8 9 C 5 5 卜 、MC Pl 厂 一4 o ．⋯． U 一 L， _ 一 L． r 一 l Wt Vcc 2o 1 6Y A 2 A 1 l 6XA 、 ＼ 3 9 ＼I A l 、 D 吼IR ； P 1l，『 Po 0 1 0／C L K V ec J 6 7 4 1-1 C 0 ＼ C A L 2 4 P 12 P 叭 3 8 M D I R 2 1 9 I D ／ Pl 3 P 0 2 3 7 2 B 2 I 5XB 、 l 4XC 、 I 1 l ／O 7 ＼ 1 B 2 卜 ．．． I 5YB r 、 、 一 I 3 X D 、 3 6 M S EL 3 I 8I C l 4Y C ＼ 2 C 3 ／ 5 P1 4 哪 3 5 I 2 】 帕 6 6 P l 5 P 0 4 里 U 5 M A X 8 1 3 7 3 4 C A L 2 4 1 7 【B 、 PI 6 P0 5 ／ 8 8 ” 【 3 5 P I 7 P 0 6 、 2 D 4 M R W D O ～ 9 3 2 l 6lA 卜 、． I 3Y D 7 R E S E T P 0 7 、 L ＼ I 2 XA J 2 一 ／一 I XB Vc c R s T RX D E A， V P P 3 1 I 4 I ， 0 4 】 】 。 十 一 I l 2 t 2 Y A 一 5 l 2 6 3 3 4 5 6 I 1 3 0 6 I 5 2 D 4 7 l 0 1 2 V 0ND WDJ ～ l r x D AL E RoG ／ 5 S l 2 2 9 I 5 ] ／ O 3 P F I P F O 】 NT O P S E N 1 4 2 C 1 3 2 8 ／ I NT 1 P 2 7 【 6 】 2 6 2 7 T O P 2 6 8 l 3 2 B I 5 ／ l 0 Tl P 2 I 7 I ／ O 1 7 5 I 6 25 9 1 2 2 A W R P2 4 ／ RD P 2 3 2 4 t 8 】 ， 0 0 6 8 I 8 旦 1 0 1 I S 一 X2 P2 2 ，⋯一一 X1 P2 】 2 2 GND I ， oE 上 2 0 2 l 6ND P2 0 3 软件设计 程序流程如图 2所示。 图 1 步进电机驱动控制电路 I 方 向 l 程序 J r l 测量P C BM A R K点程序 - ，方 向 l 程序 _ J I ． ∞ ‘ 1 ， l ，方 向 1 ． 程序； 方 向 1 2行前进程序 1 I 方向l 程 序， 循环 数次， 测 量行列 完毕， 返回 初 始位置 程序l l 眈T I ． r j 【 l】T I 一 图 2软件 流程图 选用可编程逻辑阵列器件 G A L 1 6 V 8实现 四相 混 和式步 进 电机 的运 动控 制 ， 使用 A B E L语 言和 L a t t i c e 半导体公司审定的逻辑 编程 器编程 。同时 ， 在软件上也采取 防止单片机运行中的程序失控的措 施 ， 利用软件陷阱的方法 ， 加入 引导指令 ， 强行将程 序引 向指定 的地址 ， 使程序回到初始状态 ， 从而达到 系统复位的 目的， 防止程序受到干扰而“ 跑飞” 。 A B E L编程源码和部分的汇编原码如下 F B1 de v i c e ‘ P1 6V8 R ’； D1，D2，D3，D4 pi n 2，3，4，5； Fl，F 2，F3，F 4，F5，F 6，F7，F8 p i n 1 9，1 8， 1 7，1 6，1 5，1 4，1 3，1 2； e q ua t i o ns F 8 D1 D2 D3D4； F 7 D1 D2 D 3 D 4； F 6 DI D2 D 3 D 4； 2 2 工业仪表与 自动化装置 2 0 1 1年第 5期 F 5 D1 D2 D3 ＆I 3 4 F 4 D1 D 2 D3 D 4 F 3 D1 D 2 D3 I M F 2 D1 D 2 D 3 D 4 F 1 D1 D 2 D3 D 4 e n d mo t o r 。 MOV1 2 0MOV R 3 ． 51 H MO V 1 2 1 L C A L L MO V1 2 4 ； X方 向 1程序 DJ N Z R3． MOV1 2 1 MO V P 1 ， 加H；电机失电 M0V R0． 1 0 0 RD08LCALL DELY DJ N Z R0． RD O 8 MOV8 0M0V R3， 1 3H MO V 2 C H， 7 ； Y方向 1 程序 MOV81LCALL MOV8 4 D J N Z R3． MO V8 l MO V P 1 ， O H；电机失电 M0V R0． 1 0H R D 0 9 L C A L L D E L Y；测量 P C B MA R K点程序 D J N Z RO． RD 0 9 S E T B E T 0 ；开定时器 0 L C A L L C O T P ；P C B MA R K点测量程序 C L R E T 0； 关定时器 0 L C A L L Q U I T I NC 2DH L C A L L DI O MS ； 延时 l ms L C A L L D 1 0 MS ； 延 时 1 ms 程序 MO V 8 5 MO V R 4， 0 C H； Y方 向 1 程序 L C A L L B K 0 8 0； 测量行列 完毕 ， 返 回初始位 置 LCALL BK1 2 0 LCALL LOCKOF F R D 0 2 L C A L L B K 0 8 0； Y方向 l一 程序 MOV RO． 2 5 0 RD0A LCALL DELY LCALL DELY DJ N Z R 0． RD 0 A RD01MOV R5。 } } 0BH MO V 1 2 3 L C A L L M O V1 2 5 ；X方 向 l 程序 4 结论 利用可编程逻辑阵列实现对步进 电机的控制 ， 不仅简化 了系统的结构 ， 降低 了成本 ， 而且编程灵活 方便 ， 高速低功耗 ， 提高了定位 、 检测和标识 P C B工 艺缺陷的测量精度和系统的可靠性 ， 使系统具有更 强的适应性 。 参考文献 [ 1 ] 朱善君． A S P单片机接 口技术与应用[ M] ． 北京 清华 大学 出版社 ， 2 0 0 5 ． [ 2 ] L a t t i c e S e m i c o n d u c t o r C o r p o r a t i o n ．G A L 1 6 V 8 D a t a S h e e t G A L 1 6 V 8 ． p d f [ Z ] ． 2 0 0 8 ． [ 3 ] A t m e l C o rpo r a t i o n ． A T 8 9 C 5 5 D a t a S h e e t A T 8 9 C 5 5 ． p d f 『 Z] ． 2 0 0 5 ． 上接第 1 0 8页 用户需求 ， 能够完成其主要功能。但是 由于经验不 足 ， 系统在测试用例 的设置 和 自动测试脚本的编写 方面存在缺 陷 j ， 有待进一步改进 。另外 ，在具体 测试 中， 由于测试环境 、 操作系统 、 网络环境 、 带宽等 情况不同， 产生的测试结果有所不同， 为了提高测试 质量和效率 ， 需要测试人员不断总结测试经验以及 加强对测试环境的保护 。 参考 文献 [ 1 ] 马延平， 张磊 ， 蒋志忠 ． We b测试方法浅析 [ J ] ．电子 工程师 ， 2 0 0 8 1 1 4 9 5 2 ． [ 2 ] 网站链 接 自动化测试原理及工具介绍 [ E B ／ O L ] ． [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ] [ 2 0 1 0 4 1 8 ] ． h t t p ／ ／ t e c K s i n a ． c o i n , c n ／ s ／／ 0 9 4 5 7 7 4 6 4 8 ． s h t m1 ． 浦云明， 王宝玉 ． 基于负载性能指标的We b测试[ J ] ． 计算机系统应用 ， 2 0 1 0 0 5 2 2 0 2 2 3 ． 冯振华 ， 高菊 ， 曾红卫 ． We b应用 自动化测试 的研究 [ J ] ．计算机工程与设计 ， 2 0 1 0 0 1 1 7 51 7 8 ． 黄燕， 张绍华 ， 秦辉， 等． 基于 We b的测试工具集成研 究 [ J ] ．计算机应用与软件 ， 2 0 0 8 9 7 47 6 ． 彭树深 ， 顾庆， 陈道蓄 ． We b应用测试用例生成研究 [ J ] 。 计算机科学， 2 0 1 0 0 6 1 5 91 6 3 ．