液晶顯示器邊框精密檢測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

液晶顯示器現(xiàn)在已實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模生產(chǎn)，其外部框架要求和液晶面板達(dá)到無(wú)縫結(jié)合，為了達(dá)到工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)批量生產(chǎn)的顯示器邊框的制作精度進(jìn)行檢測(cè)。其檢測(cè)過(guò)程為用固定位置的12個(gè)傳感器對(duì)顯示器邊框上不同的12個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)距，并與樣品參數(shù)進(jìn)行比較，來(lái)檢測(cè)是否合格。隨著微電子工藝的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的應(yīng)用領(lǐng)域已從通信領(lǐng)域拓展到工業(yè)控制領(lǐng)域。TI公司推出的TMS320LF2407芯片是專門針對(duì)控制領(lǐng)域應(yīng)用的DSP，它具有高速信號(hào)處理和數(shù)字控制所必需的體系結(jié)構(gòu)，其指令執(zhí)行速度高達(dá)40MIPS，且大部分的指令都可以在一個(gè)25ns的周期內(nèi)執(zhí)行完畢。另外，它還具有非常強(qiáng)大的片內(nèi)I/O端口和其他外圍設(shè)備，可以簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)，降低系統(tǒng)成本。
1 接觸式測(cè)距原理
　　由于該系統(tǒng)對(duì)檢測(cè)精度要求非常高，所以在距離測(cè)量中采用接觸式傳感器。接觸式測(cè)距的原理較簡(jiǎn)單，該系統(tǒng)中采用了輸力強(qiáng)公司的高精度氣動(dòng)接觸式傳感器。采用LVDT技術(shù)，工作原理如圖1所示。芯軸位于中心位置，一次(Ve)到每一個(gè)二次線圈的耦合相等，所以VA=VB，且輸出Vo=0。由于芯軸被移動(dòng)，VA和VB的差與位移成正比，因此Vo放大變化和定相與從零開(kāi)始的向任何一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)成正比。傳感器使用正弦曲線AC充電，輸出曲線取決于芯位移和充電信號(hào)，其關(guān)系用敏感度表示，單位為：mV(輸出)/V(充電)/mm(移動(dòng))。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
　　在設(shè)備的工作箱內(nèi)固定的位置放置了12個(gè)接觸式傳感器，其編號(hào)為1#~12#，用來(lái)測(cè)量顯示器邊框上12個(gè)不同位置的距離。檢測(cè)板主要包括兩大模塊：12路接觸式傳感器的距離數(shù)據(jù)采集模塊及與上位機(jī)(PC機(jī))通訊的CAN總線通訊模塊。其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

考慮到系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集部分包括三部分：信號(hào)前置處理和信號(hào)濾波處理、信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換和DSP功能實(shí)現(xiàn)。
　　(1)信號(hào)前置主要通過(guò)DG419二選一模擬開(kāi)關(guān)對(duì)兩個(gè)量程的信號(hào)進(jìn)行切換選通，DG419的控制端由DSP直接控制，模擬信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)的放大和一級(jí)濾波。這里用運(yùn)算放大器人為做了一個(gè)二階濾波器，將信號(hào)整形處理為幅值為±10V的電壓信號(hào)，準(zhǔn)備供給A/D轉(zhuǎn)換器。
　　(2)經(jīng)前置整形和濾波后的±10V電壓信號(hào)被送到數(shù)模轉(zhuǎn)換器。由于是12路信號(hào)，所以采用兩片具有六通道轉(zhuǎn)換能力的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS8364。模擬量經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后產(chǎn)生16位的數(shù)字電壓量并鎖存，等待DSP來(lái)讀取數(shù)據(jù)。這里ADS8364的轉(zhuǎn)換及前置DG419的信號(hào)選通都是由DSP主控的，從時(shí)間上保證了可靠讀取A/D轉(zhuǎn)換后的有效數(shù)據(jù)。
　　(3)TMS320LF2407是高性能定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理芯片，根據(jù)芯片本身特點(diǎn)，需要考慮其電源供給電路、晶振產(chǎn)生電路、鎖相環(huán)電路以及電平轉(zhuǎn)換電路。
3 軟件設(shè)計(jì)
　　系統(tǒng)軟件主要由測(cè)距數(shù)據(jù)采集及處理模塊和CAN總線通訊模塊構(gòu)成。
3.1 多路數(shù)據(jù)采集模塊
　　接觸式傳感器被分成兩組，每組分別接一片A/D轉(zhuǎn)換芯片，所以數(shù)據(jù)采集部分軟件的核心設(shè)計(jì)主要是如何對(duì)12個(gè)通道傳感器同時(shí)采集的數(shù)據(jù)完成A/D轉(zhuǎn)換，并能夠準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)地傳給處理器。詳細(xì)硬件圖如圖3所示，其中每片A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS8364與六個(gè)傳感器通道相連，地址分別映射為0x10和0x11。A/D轉(zhuǎn)換芯片ADS8364具有數(shù)據(jù)處理速度快、自帶鎖存、多通道處理等功能，根據(jù)其特點(diǎn)采用了其專有的Cycle模式。該模式下讓處理器認(rèn)為只訪問(wèn)同一個(gè)存儲(chǔ)器，而ADS8364卻能在六個(gè)讀周期內(nèi)分別將六個(gè)通道轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭@個(gè)存儲(chǔ)器。采用這種模式能極大地簡(jiǎn)化軟件的設(shè)計(jì)，使得對(duì)多通道數(shù)據(jù)的采集變得非常方便。

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按照Cycle模式，其處理多通道數(shù)據(jù)的代碼如下(以地址為0x10的那片ADS8364為例)：
　　PBDATDIR &= 0XFFFB; // 給IOPB2一個(gè)低電平脈沖，復(fù)位ADS8364
　　asm (' NOP');
　　PBDATDIR |= 0X0004;
　　PBDATDIR &= 0XFFFD; // 給IOPB1一個(gè)低電平脈沖，觸發(fā)ADS8364采樣
　　asm ('NOP');
　　PBDATDIR |= 0X0002;
　　Delay_2ms(); // 延時(shí)一段時(shí)間，等待采樣結(jié)束
　　/* 來(lái)自ADS8364的6個(gè)測(cè)量值：6個(gè)通道 */
　　Channel1 = port10;
　　Channel2 = port10;
　　Channel3 = port10;
　　Channel4 = port10;
　　Channel5 = port10;
　　Channel6 = port10;
3.2 基于CAN總線的通訊模塊
　　測(cè)距數(shù)據(jù)采集板發(fā)送測(cè)距數(shù)據(jù)以中斷的方式完成。TMS320LF2407有專門的mailbox中斷，用于響應(yīng)發(fā)送/接收中斷。每個(gè)接觸式傳感器的測(cè)距值在DSP內(nèi)用2個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)，而CAN總線傳輸標(biāo)準(zhǔn)要求每個(gè)數(shù)據(jù)幀最多只能傳輸8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)有12個(gè)傳感器，共有24個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)所有測(cè)距值。CAN總線傳輸所有測(cè)距值需要3個(gè)數(shù)據(jù)幀才能傳送完。該系統(tǒng)中將通訊模塊分成發(fā)送和接收模塊兩個(gè)部分。在設(shè)計(jì)中將發(fā)送和接收封裝成結(jié)構(gòu)體，大大簡(jiǎn)化了通訊驅(qū)動(dòng)模塊的設(shè)計(jì)，并可將此通訊結(jié)構(gòu)應(yīng)用在任何CAN通訊方面，具有很強(qiáng)的通用性。
　　發(fā)送模塊：
　　typedef struct Transmit
　　{
　　BOOLEAN ExtendFlag;　　// 擴(kuò)展幀標(biāo)志
　　BOOLEAN RemoteFlag; 　　// 遠(yuǎn)程幀標(biāo)志
　　LONG ID; 　　　　　　// 本機(jī)地址
　　BYTE DataLen; 　　　　// 發(fā)送數(shù)據(jù)長(zhǎng)度
　　BYTE Data[8]; 　　　　// 待發(fā)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)
　　}TRANSMIT;
　　接收模塊：
　　typedef struct Receive
　　{
　　BYTE　　DataLen;
　　BYTE Data[8];
　　}RECEIVE;
　　編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)函數(shù)不僅能省去對(duì)寄存器的繁瑣設(shè)置，使數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收更方便，而且可使代碼具有很強(qiáng)的可移植性，調(diào)用驅(qū)動(dòng)函數(shù)的代碼完全可以在不同的系統(tǒng)中移植，只要改寫(xiě)驅(qū)動(dòng)函數(shù)部分即可。
　　本文介紹的顯示器邊框檢測(cè)系統(tǒng)采用接觸式測(cè)距的方式，并用TMS320LF2407作為核心處理器，可以達(dá)到很高的測(cè)量精度。通過(guò)CAN總線通訊，可以將測(cè)量數(shù)據(jù)可靠地發(fā)給PC機(jī)，并實(shí)現(xiàn)大規(guī)模檢測(cè)。此系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)際生產(chǎn)中得到應(yīng)用，驗(yàn)證了硬件系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。