基于USB通信的印制电路板AOI视觉检测系统
针对印制电路板aoi系统，设计了视觉系统硬件电路和软件程序，完成了对pcb板图像的采集。所设计系统成功用于印制电路板aoi视觉检测系统中。
关键词：自动光学检测；pcb；usb；wmd驱动程序 引言
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。
aoi，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。
图1 pcb板aoi检测系统框图
视觉检测系统硬件设计
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。
视觉采集系统
针对aoi系统要求，选用基于dsp+cpld的图像采集处理模式。图2为视觉采集系统框图。系统通过dsp给cpld发出一个采集命令，由cpld控制cmos图像传感器向fifo的写入图像数据，同时dsp通过dma将图像转移至sdram中并进行图像处理，在处理结束后，将处理的结果通过dsp内置的usb接口传给微机或其他设备。 i/o接口经扩展后，将控制触发信号交由工作台及电气控制系统，完成系统采集控制的目的。
图2 视觉采集系统框图
usb通信接口电路
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。
图3 tms320vc5509a的usb接口电路
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。
软件程序设计
图4 视觉系统中usb通信数据流
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。
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。
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图1 pcb板aoi检测系统框图
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图2 视觉采集系统框图
usb通信接口电路
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图3 tms320vc5509a的usb接口电路
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。
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