基于AT89C52单片机的喷射点胶控制系统

丁争荣，陶 凯，邓圭玲

（中南大学 复杂装备设计与极端制造教育部重点实验室，长沙 410083）

0 引言

点胶是以一种受控的方式对流体进行精确分配的过程，在电子制造业中被广泛用于各种封装过程，如高级集成电路封装(AICE)和表面贴装(SMT)。微电子封装对点胶的性能要求非常苛刻，不仅要求点出的流体一致性好，而且速度需要达到每小时45000点以上。喷射点胶技术具有传统接触式布胶所不具备的点胶速度快、生产效率高等优点，被认为是下一代胶液分配技术[1]，近几年在微电子封装领域受到极大的青睐。

在现有技术领域中，用于微电子封装的喷射点胶设备主要以气动-弹簧驱动胶液喷射装备为主。由于喷射点胶技术更多的用于微量点胶过程，通常一个点胶周期中正向气压作用时间很短，一般只有几十毫秒。Windows系统可以通过本身所带的函数timeSetEvent()设置的定时器定时，精度可达到1ms。但在Microsoft公司出版的书中指出，这些函数在芯片中实际应用的精度为10ms[2]以上。因此，WINDOWS系统本身的定时器的精度无法达到高速点胶所需的要求，在基于DMC1840运动控制卡的精密点胶平台中，利用VC6.0作为第三方编程软件，定时间隔低于55ms时误差较大。为解决定时问题，我们利用单片机定时精度较高的优点，开发了基于单片机的喷射点胶控制系统。

1 喷射点胶系统总体方案设计

典型的喷射点胶系统的主要由下面几部分组成：气源设备、气源处理元件、压力控制阀、润滑元件、方向控制阀、控制系统、点胶阀、连接气管，以及胶液试管。本系统的构建如图1所示，其基本操作过程为：空压机产生压缩空气，经过三联件、气管，然后通过调压阀和二位三通高速电磁阀作用到喷射点胶阀，通过精密调压阀作用到试管腔。控制系统通过设定电磁阀的通断时间(即点胶时间)来调节点胶阀喷嘴处流出的流体体积大小。

喷射点胶的工作原理[3]：在控制系统的电信号作用下，电磁阀开启；气体压力将点胶阀内的活塞带动喷针顶起；高压空气驱使胶液充满胶液腔。定时过后，气动电磁阀关闭，弹簧力使活塞和喷针向下运动，喷针末端与基座碰撞，流动的胶液被切断，球面以下的胶液部分在喷嘴出口处克服表面张力喷射出来，形成胶滴。喷针在最低位置停留一段时间，然后开始下一个运动周期。图2中喷针位于最高位置。

由于点胶过程持续较短，电磁阀只能够实现开关动作，因此要提高系统精度，只有通过提高控制系统定时精度以及减少电磁阀的动作误差等方法来实现。由于单片机定时误差较小，在喷射点胶的定时控制中可以忽略；同时，单片机系统结构简单，工作可靠，适合用作喷射点胶的控制系统。

2 喷射点胶控制系统硬件设计

喷射点胶控制系统的硬件组成框图如图3所示。

本系统采用AT89C52单片机作为微处理器，对喷射点胶的整个过程进行控制[4]。通过设定控制系统输出的频率和脉冲宽度，直接控制点胶阀的时间参数。

除AT89C52最小系统外，单片机控制系统还包括两个四位数码管显示和按钮控制等。该控制系统设置了四个按钮，分别用来实现复位、模式切换、参数设置等功能。

2.1 最小应用系统电路

单片机的最小应用系统电路指的是它可以正常工作的最简单电路组成。它包含供电电路、程序存储器选择电路、时钟电路和复位电路等。

2.2 按键输入电路

采用独立式按键结构，S0-S2 由P2口 (P2.3～P2.5)输入，分别定义为MODE、T、N，可实现频率设定和脉冲宽度设定。频率及脉冲宽度的设定采用奇偶数循环输入方式，即第一次按MODE键设置设定频率，设置结束返回；再一次按MODE键设置脉冲宽度，每次返回前更改标志位。另外两个按钮分别是十位和个位控制按钮，可以方便的设定和修改参数。

2.3 输出驱动电路

P2.7用于输出，脉冲信号经光耦隔离，DC放大板放大后控制电磁阀的通断，进而控制点胶阀的工作，输出信号高电平有效。

2.4 复位电路

对于AT89C52芯片，如果引脚RST保持24个时钟周期的高电平，单片机就可以完成复位。通常为了保证应用系统可靠地复位，复位电路应使引脚RST保持10ms以上的高电平。当引脚RST从高电平变为低电平时，单片机退出复位状态，从程序空间的0000H地址开始执行用户程序。完成复位还影响一些特殊功能存储器的初始状态。

2.5 显示电路

数码管驱动电路采用三极管驱动。该显示电路是用两个四位共阳数码管显示，使用8550号PNP三极管驱动，单片机P0端口接数码管段码，P1端口接数码管位码，通过位码扫描显示相应的数据。当系统处于设置状态，按T、N键时，相应的显示会随着按的次数在0～9之间循环改变，也可以得到我们需要的数据。

3 控制系统软件设计

系统软件采用Keil-C51语言编程，采用模块化的设计方法，包括主程序、 中断子程序与显示子程序等几部分。主程序完成系统的初始化，并同时包括调用中断子程序在内的各子程序，共同完成按键输入、按键识别和按键输入、PWM脉宽控制和数码管显示等功能[5]。

4 实验及结果分析

通过单片机软件模拟平台KeilC51和硬件模拟平台Proteus的模拟仿真运行，结果显示，单片机控制系统软件程序效率高、定时精确、实时性好；单片机硬件系统的键盘显示器能快速响应输入与显示。

利用Protel进行电路原理图设计并制作PCB板，将其应用于喷射点胶系统。利用示波器观测电磁阀在点胶时两端的电压波形，实验结果表明脉冲频率在1～99HZ可调，高电位时间在0～99ms可调，系统定时精确，误差在百分之一之内。

5 结论

将单片机控制系统集成到精密点胶平台，可以使平台实现精确的点胶定时循环，从而完善平台的喷射点胶功能。该设备在现场调试成功，并已得到初步认可，并为进一步的点胶实验提供了条件。

[1] H.Quinones,A.Babiarz,C.Deck.Fluid jetting for next generation packages,Pac tech,Berlin,April 2002.

[2] 沈正湘.微电子封装中点胶控制系统及其性能控制研究[D].华中科技大学,2005: 20-22.

[3] 陈奎宇.喷射分配胶液累积体积及其速度参数影响规律[D].中南大学,2007:21-22.

[4] 李朝青.单片机原理及接口技术(第三版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

[5] 周航慈.单片机程序设计基础(修订版)[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.