IC成型,、分離和自動排管作為芯片封裝的后工序,，可以完成芯片封裝后的成型、芯片分離和芯片排列入管,。成型,、分離和自動排管系統(tǒng)的性能決定了生產(chǎn)IC的速度及產(chǎn)品質(zhì)量等指標。目前國內(nèi)大多數(shù)芯片封裝企業(yè)的成型,、分離和自動排管系統(tǒng)的功能單一,，速度一般在40~60次/min，噪聲大,、速度慢,、精度也不高。本設計采取光機電一體化技術(shù)及凸輪帶動沖頭傳料片機構(gòu)同步?jīng)_壓機臺設計方案,，電腦控制CCD圖像識別裝置通過取像,、找參考點、圖像分析幾個步驟來對產(chǎn)品方向性,、引腳數(shù)及外型進行檢測判斷,，設備具有噪聲低、精度高,、可靠性高,、速度快等優(yōu)點，芯片,、封裝,、系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化,。
1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)
　　整個系統(tǒng)由自動上料、導料和收料等幾個部分組成,。CCD圖像識別裝置對產(chǎn)品方向性,、腳數(shù)及外形進行檢測判斷?？刂葡到y(tǒng)的輸入輸出接口與被控電機的連接關(guān)系如圖1所示,。CPU通過輸出控制可以完成X、Y,、Z與A軸的控制[1],。

    如圖2所示，視覺定位由光學對準系統(tǒng)工作臺,、CCD攝像部分,、FPGA、ARM及計算機控制系統(tǒng)等部分組成[2],。它對采集到的圖片進行濾波,、特征提取、色澤分析,，從而得到基準點的坐標,，使定位精度和貼片效率顯著提高，是全自動高速集成電路成型與分離系統(tǒng)的核心部分,。它利用CCD檢測目標的光強度分布,通過A/D轉(zhuǎn)換模塊變成數(shù)字圖像,。計算機將所獲得的數(shù)字圖像與模板圖像進行匹配，根據(jù)匹配的結(jié)果控制光學對準工作臺及沖頭的運動,。在對準過程中,先沿X,、Y 軸方向移動光學對準系統(tǒng)工作臺,使芯片、基底進入視場范圍,，沿Z軸方向移動,并對準工作臺和沖頭直到基底和芯片成像清晰，然后利用匹配算法測量基底,、芯片上定位標志的距離, 根據(jù)此偏差,控制單元調(diào)整主工作臺,，從而使基底到達目標位置,完成芯片和基底的對準。

    系統(tǒng)采用了一種數(shù)字相機模塊,，該模塊采用130萬像素攝像頭,，該攝像頭的傳感器是ov9650芯片。攝像頭通過SCCB(Serial Camera Control Bus)總線進行控制,。SCCB是雙向,、兩線總線，具有總線仲裁機制,。選定在FPGA內(nèi)設計SCCB控制核的方法,，實現(xiàn)對ov9650參數(shù)的配置,。模擬信號采樣電路部分由A/D轉(zhuǎn)換器ADC0832構(gòu)成。FPGA選擇Altera公司的CycloneII系列EP2C20型,該芯片的資源非常豐富,，可滿足本系統(tǒng)設計的需要,。利用有限狀態(tài)機設計了A/D采樣控制模塊，它的任務就是根據(jù)ADC0832的轉(zhuǎn)換時序圖,，在芯片的引腳發(fā)出相應的時序控制信號,，使ADC0832完成啟動、配置和數(shù)據(jù)讀取等操作,。當CS=0,并且在第一個脈沖下降之前DI=1,，狀態(tài)機啟動。ARM采用AT91SAM7S64,，它是基于ARM7TDMI的高性能,、工業(yè)級的32位RISC微控制器。
2 圖像處理
        
     圖像處理使用硬件模板匹配算法,這種算法來源于軟件模板匹配算法和硬件中值濾波算法,。設計中采用quartus II的LPM庫中的移位寄存器,。模塊選取的是5×5大小，有25個PE(處理單元),，每個PE都是一個時鐘同步的閾值計算電路,。模板處理結(jié)構(gòu)能同時產(chǎn)生25個閾值，再送入加法電路進行模板總閾值大小的計算,，計算結(jié)果與預先設置的閾值進行比較,，如果小于設置的閾值則表示模板匹配成功。硬件圖像處理算法結(jié)構(gòu)如圖3所示,。
3 傳動軸的角度量控制模型
    工作臺的運動軌跡是通過傳動軸的角度量控制的,，控制模型如圖4所示。系統(tǒng)采用一個閉環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡控制模型,，驅(qū)動電機控制傳動軸的運動,。通過傳動軸的角度檢測裝置，形成角度P,、I,、D三個分量，然后送入網(wǎng)絡,。同時把預設角度曲線的前一個值,、當前值和下一個值也送入網(wǎng)絡。人工神經(jīng)網(wǎng)絡選用的是徑向基函數(shù)(RBF)神經(jīng)網(wǎng)絡,，它是具有單隱層的三層前饋網(wǎng)絡,。伺服電機選用安川SGML-01AF12，它能夠自動測定機械的必要參數(shù),，實現(xiàn)最佳驅(qū)動,，并且配備了與計算機的接口,。驅(qū)動選用TT MOTOR公司智能型直流無刷電機驅(qū)動芯片GSG3PWM6-S/SN。
4 基于FPGA接口的設計
       FPGA構(gòu)成框架如圖5所示,包括CCD模塊,、SDRAM模塊,、SD卡讀寫器、LCD顯示模塊等資源,。FPGA控制CCD采集圖像,，把像素陣列放入SDRAM中緩沖，而SDRAM采用雙口SDRAM控制方法,，這樣再從SDRAM中讀取數(shù)據(jù),，實現(xiàn)模板匹配算法[3]。SD卡用于存放圖像數(shù)據(jù),，圖片在SD卡中按簇存儲,，Nios II在讀取時根據(jù)圖片的起始地址和所占簇的數(shù)量讀出圖像數(shù)據(jù)。用戶可通過顯示掌握控制信息,，系統(tǒng)選用NS-TFT6448液晶控制板模塊實現(xiàn)顯示,，它可實現(xiàn)256色、雙頁顯示,，并提供一個高速的8位總線接口,，可直接連接CPU。圖像數(shù)據(jù)進行圖像處理及位置坐標計算,，在圖像功能上完成灰階化處理,、邊緣檢測及二元圖像處理。圖像邊緣檢測方面,，使用Sobel算法,，二元圖像處理部分的臨界值由Otsu算法來決定。

5 基于ARM的觸摸屏設計
　　整個系統(tǒng)的運行是一個與用戶不斷交互的過程,嵌入式觸摸屏裝置是一種人機交互設備[4,5],。用戶通過觸摸操作,就可以實現(xiàn)對相應的設備的控制,。系統(tǒng)采用專用的控制器件(ADS7483)控制觸摸屏。它的主要作用是從觸摸點檢測裝置上接收觸摸信息,，并把它轉(zhuǎn)化成觸點坐標,，再發(fā)送給CPU，同時接收CPU發(fā)來的命令并加以執(zhí)行,。工作流程是：觸摸屏完成數(shù)據(jù)的采集，ADS7483一方面完成對觸摸屏的電極間的電壓轉(zhuǎn)換,，另一方面完成觸摸屏接觸點的電壓值的采集,，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的A/D轉(zhuǎn)換。ARM對ADS7483發(fā)送過來的數(shù)據(jù)進行處理,，并完成觸摸屏位置坐標的顯示,。觸摸屏掃描任務程序包括設備的初始化,、設備讀寫及中斷響應等模塊。觸摸屏的電路連接如圖6所示,。

6 軟件設計
6.1 觸摸屏軟件實現(xiàn)
    觸摸屏工作流程如圖7所示,。

    函數(shù)ADS7843_init()實現(xiàn)ADS7843的初始化。讀函數(shù)Uint32 ADS7843_Read(Uint8 Number)讀觸摸點值并返回Number位測量結(jié)果,。寫函數(shù)Void ADS7843_Send(Uint8 command)發(fā)送控制字給ADS7843,。函數(shù)Void Read_Touch(Uint32 *X, Uint32 *Y)功能為讀取觸摸屏的觸摸位置，結(jié)果保存在X,，Y指針變量中,。ADS7843_init( )代碼如下：
    Void ADS7843_init(Void)
    {PINSEL0= PINSEL0&OX0FFFFFFF;
                           //設置CS PENIRQ為GPIO口
    PINSEL1= PINSEL1&OXFFFFFF03;    
                        //設置DIN DOUT DCLK為GPIO口
    IO0DIR=IO0DIR|CS|DCLK|DIN; //CS、DCLK,、DIN為輸出
    … …
    IO0DIR=IO1DIR&(~BUSY);                //BUSY為輸入
    }
6.2 基于Nios II的SDRAM驅(qū)動和LCD實現(xiàn)
    使用Nios II軟核對LCD進行驅(qū)動時,片內(nèi)的存儲器資源一般滿足不了系統(tǒng)的設計要求,系統(tǒng)使用片外SDRAM作為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器,。SDRAM控制器內(nèi)核為FPGA片外的SDRAM提供一個Avalon_MM接口，SDRAM控制器內(nèi)核可以與多個SDRAM相連,并處理所有的SDRAM的協(xié)議請求,。使用Avalon_MM總線訪問SDRAM控制器內(nèi)核時, 可以通過函數(shù)IOWR(BASE,、REGNUM、DATA)和IORD(BASE,、REGNUM)進行讀寫操作,。
    在設計中實現(xiàn)的主要操作有:LCD模塊的檢測閑忙、初始化,、顯示字符,、顯示漢字、打點,、畫線和畫圖等,，并將這些操作設計成相應的函數(shù)。顯示漢字流程如下：首先通過公式轉(zhuǎn)換計算,定位對應的點陣信息在字模庫的地址;然后從字庫中取出該漢字點陣信息,，將這些信息送到顯示緩沖存儲器中;最后顯示器的控制器把點陣信息整屏順次讀出,即可將漢字顯示出來[6],。
6.3 計算機與ARM通信的實現(xiàn)
    AT91SAM7S64的USB接口與USB2.0全速標準兼容，通信速率12 Mb/s[7],。包含4個端點,，端點0是8 B，端點1和端點2是64 B,，端點3是64 B,。USB接口電路如圖8所示。

    在打開USB端口時,可通過一個AT91_USB_Open()函數(shù)來實現(xiàn),。
    Void AT91_USB_Open(Void)
    {AT91C_BASE_CKGR->CKGR_PLLR|= AT91C_CKGR_US
        BDIV_1;                    //設置USB鎖相環(huán)驅(qū)動
    AT91C_BASE_PMC->PMC_SCER = AT91C_PMC_UDP;
    …
         AT91_PIO_Cfgoutput(AT91C_BASE_PIOA,AT91C_PIO_
        PA16);                       //設置PIO模式及配置輸出
    AT91_PIO_Clearoutput(AT91C_BASE_PIOA,AT91C_PIO_
        PA16);                                    //給上拉電阻清0
    AT91_CDC_Open(&PCDC,AT91C_BASE_UDP);
                       //通過CDC結(jié)構(gòu)初始化CDC設備
    }
    Static uint AT91_UDP_Write(AT91PS_CDC Pcdc,const char *pdata,uint length)函數(shù)用于USB端口的數(shù)據(jù)發(fā)送,，每一次發(fā)送都按照數(shù)據(jù)包的形式發(fā)送。
    Static uint AT91_UDP_Read(AT91PS_CDC Pcdc, char *pdata, uint length)函數(shù)用于USB端口的數(shù)據(jù)讀取,，在讀的過程中,，依次把接收到的數(shù)據(jù)寫入緩沖區(qū)中,。
　　Atmel公司為AT91SAM7S64ARM處理器的USB端口提供了動態(tài)鏈接庫DDL，同時還提供了一個PC端通用INF驅(qū)動配置文件atm6124.inf,，可以直接使用它們實現(xiàn)PC端的應用,。
6.4 系統(tǒng)程序設計及工作控制界面的實現(xiàn)
    視覺自動對準系統(tǒng)程序整體流程為圖9所示。

    系統(tǒng)具有成型,、分離和成品自動入管功能,，自動化水平和生產(chǎn)效率很高。機臺成型與分離速度達到140次/min,，相比傳統(tǒng)的40次/min~60次/min的產(chǎn)品速度明顯提高,。馬達驅(qū)動機械凸輪帶動沖頭傳送料片機構(gòu)同步成型與分離機臺設計，先進的閉環(huán)隨動驅(qū)動和定位技術(shù),，定位精度極高,，誤差小于0.007 mm。CCD圖像識別裝置辨識產(chǎn)品方向性,，腳數(shù),、外型檢測判斷，隨著料片的不同,，模具可供選擇配用,，提高了產(chǎn)品的合格和優(yōu)秀率。配有讓門設計,，反應快速有效,，并配有急剎系統(tǒng)設計，可避免產(chǎn)品及沖模損壞,。系統(tǒng)的應用價值較高,。
參考文獻
[1] 胡必武，余成. 高速集成電路切筋系統(tǒng)設計[J].電子與封裝,2009(05):24-27.
[2] 梁錫漢. 自動貼片視覺系統(tǒng)的研究與設計[J].工業(yè)控制計算機,2005(05)：61-62.
[3] 李立,金華標,陳智君. 基于FPGA和DSP的高分辨率圖像采集系統(tǒng)[J] 數(shù)據(jù)采集與處理,2008(01)：117-122.
[4] 史蕊,，蔡浩,，王振. 基于S3C4480X＋uCOSⅡ的觸摸屏設計[J].電測與儀表，2007(02)：50-53.
[5] 葛化敏,鄭靜,楊利青. 基于ARM-Linux的LCD顯示模塊設計[J].儀表技術(shù)與傳感器,，2009(07)：75-77.
[6] 黃菊生,周慧,譚季秋.單片機仿真實驗儀在漢字LCM開發(fā)中的應用[J].湖南工程學院學報,，2005(02):41-44.
[7] 葉文良. 基于ARM的嵌入式小型飛行參數(shù)測試系統(tǒng)的設計[D].南京:南京航空航天大學，2008.