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随着表面组装技术（SMT）中所使用的印制电路板（PCB）导体图形的细线化，SMT元器件的微型化，以及SMT组件的高密度组装和快速组装的发展趋势，采用目检或人工光学检测的形式检测SMT组装质量已不能适应。为此，自动光学检测（AOI）技术作为SMT组装质量检测的主要技术手段，在SMT中应用越来越普遍。
- g8 P. ^2 w$ TAOI，也称为自动视觉检测，是基于光学原理，综合采用图像分析、计算机和自动控制等多种技术，对生产中遇到的缺陷进行检测和处理，是较新的确认制造缺陷的方法。AOI系统按技术划分为精密机械、电气控制、视觉系统、软件系统4大部分组成，其核心是一套基于CMOS或CCD的图像采集系统、交流伺服控制x、y工作台及图像处理软件系统。图1为所设计的PCB板AOI检测系统框图。
6 V, Q0 f( J. V. P5 R
! ?8 q# [. _! L% O. f: Q3 B. j 图1 PCB板AOI检测系统框图
1 ^. i* n- X1 ~+ p3 o 视觉检测系统硬件设计9 F& A1 X7 ]( | v3 r$ R
AOI系统究其本质是一套基于机器视觉技术的表面缺陷检测系统。如何获取高质量的PCB表面图像信息成为PCB光学检测中首要解决的难题和重点，这是PCB表面缺陷检测的关键。由于PCB缺陷的特殊性，AOI系统对视觉采集系统提出了很高的要求：高分辨率、高速率、实时检测等。$ c b7 y' @9 ^/ T; e9 q5 \
视觉采集系统1 u+ b, b* J7 J
% [+ ]1 s* K; n, v- O8 K5 a9 A
/ M# |) [- @: ?1 U1 d5 c
图2 视觉采集系统框图' l# s0 J5 A+ e2 Y. F
USB通信接口电路
4 x$ j4 c- ? ]% M8 F+ U. T, B 本设计采用的DSP芯片TMS320VC5509A集成了一个USB控制模块（USB2.0 full speed），可以完成和USB主机系统之间的读写操作，具有无需外加逻辑电路、使用方便等优点。使用TMS320VC5509A的片上USB模块，完成DSP前端图像采集系统与后台PC机之间的通信硬件电路设计，简化了图像采集系统的硬件控制软件和后台PC机的驱动程序。, T" ]3 Y& |3 n# M* a
+ P& n+ d" q* h( n; c 图3 TMS320VC5509A的USB接口电路& b4 Y* ]" b9 m: g* K
图3为DSP片内USB模块与PC机进行数据通信的硬件接口电路。其中左边3个引脚PU、DP、DN是TMS320VC5509A的片上引脚，右边的6个引脚组成了一个Mini USB接口，利用USB连接线就可以完成与PC机的连接。中间的阻容电路起加强输入输出可靠性的作用。8 |& w! ?6 l4 E2 W, G' R3 T
软件程序设计
2 w& o' L$ {9 ^% `: n6 g
, N# |4 ]: j. Q4 ~9 l9 P# {, ~ 图4 视觉系统中USB通信数据流% V/ p" p' b* Q# ~0 N- y
如图4所示，本系统中USB通信的软件程序主要由四部分组成。在设备端：设备端驱动程序，也称之为固件程序；设备端应用程序，主要完成数据搬运，以及与其他硬件设备的交互工作。在主机端：主机端驱动程序；主机端应用程序。由于USB是分层结构，主机端驱动和设备端驱动完成对USB设备的枚举和配置；而在主机端应用程序和设备端应用程序之间实现数据的通信。
0 T1 J0 e- o7 V 本系统中，DSP作为USB传输的设备端，同时由于USB是严格的主从结构，所有的配置、枚举及数据传输命令都必须由主机下达，所以在设备端的程序设计时，固件程序设计成一个复杂的中断服务程序，用以主机对DSP作为USB设备配置、枚举时的应答。而原本在CCS中运行的DSP采集主程序也必须改写成中断程序，这样才能完成对DSP固件程序和DSP采集程序的整合，使之整合到一个main（）运行程序中，程序运行时，启动对DSP的初始化，时钟配置和USB模块初始化；当主机发出采集图像命令时，DSP程序进入采集中断程序，执行实时采集中断程序；当主机发出USB模块配置枚举命令时，USB中断服务程序对主机做出回应；当主机发出传输图像命令时，DSP程序进入数据搬运中断程序。
1 X6 `% {! ^; ` DSP端的固件程序
, O* s0 I! Z5 \. s$ t6 m USB固件程序的结构一般是基于中断处理的。主程序完成必要的初始化之后就等待USB中断，接收到USB中断后依据中断的类型进入不同中断服务程序。USB协议的主从模式决定了USB总线上传输的发起和终止都是主机控制的，因此，固件编程中只要满足了主机的要求，或者说对主机的请求给予了及时的响应，那么固件的编程也就完成了。- r2 y1 e3 K5 O# E$ |
USB固件应用程序主函数例程： x; p8 r. U8 F2 [# l6 C; E
void main（）( V6 [4 e1 v- B7 V3 {( h* Z* j
｛
* B9 K9 E- L7 | l' a2 H7 a2 ~( q EnableAPLL（ ）;
: }) l3 c- a8 l //使能USB模块的模拟锁相环, S: E2 J5 S" X8 z
CSL_init（ ）;
: M# a& q' f' Y // DSP的CSL库初始化函数
: v. F) i9 ~6 W2 Y, B! ? INT_DisableGlobal（）; // 关闭全局中断
5 O" u& b& X, s INT_SetVec（0x03ff00）;0 \: C2 r$ c. V: h7 s
// 设置中断向量表在RAM中的地址! v# d2 p! S% {5 {5 b4 u
PLL_Init（48）; // 将USB模块
1 F/ C$ @7 j9 \2 E' D* n$ c8 ^ 的时钟调整到48MHz* m0 u4 ?: D7 J/ g0 \; t
Collect_main（）; // CMOS图像& X4 o2 o2 N4 j) ?* {
采集程序
/ w/ u- ^+ ], m# \) l- ]4 m: j USBTest_Init（）; // 初始化USB
) H& h% O4 r: ~ 模块，初始化完毕打开全局中断8 z3 \0 a- d6 l0 U, W
while（1）; // 循环等待状态; {, M0 m: _: R* R) q
｝% r, y( T9 x$ L3 U: _
端点0的控制传输是USB枚举的默认传输端口，其中断服务程序是USB固件程序设计的难点和关键。
2 ]: O6 T1 F2 M5 g2 n PC端的驱动程序及上位机应用程序) A, X/ t. }) q
PC端的驱动程序及上位机应用程序设计相对比较简单，选用Driver Studio开发工具开发USB驱动程序，Driver Studio对设备驱动程序开发工具DDK中操作进行封装，减少了开发时间，提高了效率。通过Driver Studio的工具Driver wizard生成的驱动程序为开发者提供了一个基本框架，使用者只需修改较少的或者基本不用代码就可以实现相应的功能了。% Y! Z+ d9 u' p% D& F9 }
Windows XP中的上位机程序不能直接访问底层的硬件，需要通过驱动程序进行（读、写、中断等）操作。设备的驱动程序由I/O管理器管理和调动。上位机程序在用户模式下通过Win32子系统对Win32API函数进行调用。Win32API函数通过I/O管理器向内核模式下的驱动程序传递IRP。驱动程序通过处理IRP，来完成应用程序和硬件程序信息的交互。访问USB设备驱动的Win32API函数：
. s5 E9 h2 J# f& T; D （1） CreatFile 函数创建或打开文件，并返回一个可用于访问文件的句柄。5 o; z6 b& ^/ Z9 m( K7 L
（2） DeviceIoControl 函数直接给指定的设备驱动程序发送控制代码，使得相应的设备执行指定操作。函数若成功，返回一个非0值，否则返回0。; P9 F7 C+ Q( @2 U; u- D8 j! z
（3） ReadFile 函数读由文件指针表示的位置开始处的文件读数据，读操作完成后，文件指针调整实际读的字节数。函数若成功，返回一个非0值，否则返回0。# v/ a- t. }7 l* D7 ?& ?
（4） CloseHandle 函数关闭打开的文件句柄。函数若成功，返回一个非0值，否则返回0。* F2 s" P7 c4 a( A" n* A
实验与结论
$ e2 _: r5 J4 l 设计实现了一种印制电路板AOI视觉检测系统，包括硬件电路和软件程序。硬件结构简单，可以实现通信传输的高度集成化，传输速率满足AOI检测系统的实时性要求。图5为实验中采集到的PCB板图像。. K) ^4 x& l& T) p! E9 Z) N
) o+ j/ s3 ]. O/ \7 T 图5 实验中采集到的PCB板图像' y$ R/ D* i3 G- ~. D
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发表于 2020-4-27 09:47
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