基于ARM的擴(kuò)散／氧化控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

隨著信息化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，嵌入式系統(tǒng)得到了前所未有的發(fā)展。由于嵌入式系統(tǒng)具有體積小、性能強(qiáng)、可靠性高等特點(diǎn)，目前廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、控制儀表、通信等各個(gè)領(lǐng)域。擴(kuò)散／氧化控制系統(tǒng)是為擴(kuò)散氧化爐設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)。擴(kuò)散／氧化爐是集成電路制造的重要的工藝設(shè)備之一。本系統(tǒng)主要由高精度的溫度控制系統(tǒng)、推拉舟控制系統(tǒng)、氣路控制系統(tǒng)組成。本系統(tǒng)為擴(kuò)散／氧化爐提供高精度的擴(kuò)散氧化環(huán)境，以生產(chǎn)出高質(zhì)量的半導(dǎo)體產(chǎn)品。

　　本文采用的是ARM處理器S3C2440，它具有工作頻率高、片上資源豐富等特點(diǎn)，可以良好地應(yīng)用于本系統(tǒng)。且系統(tǒng)設(shè)計(jì)中移植了嵌入式WinCE，使得控制系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、編程方便、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。

　　1 擴(kuò)散／氧化控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

　　如圖1所示，系統(tǒng)的CPU及擴(kuò)展模塊是以S3C2440為核心的開(kāi)發(fā)板。在系統(tǒng)中有溫度控制子系統(tǒng)、推拉舟控制子系統(tǒng)、氣路控制子系統(tǒng)。上述3個(gè)子系統(tǒng)為閉環(huán)系統(tǒng)，分別完成對(duì)溫度、步進(jìn)電機(jī)、氣體質(zhì)量流量計(jì)的檢測(cè)和控制。觸摸顯示屏作為人機(jī)界面，用于控制和監(jiān)視系統(tǒng)的運(yùn)行。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

　　2 控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 ARM微處理器S3C2440

　　本設(shè)計(jì)采用三星S3C2440處理器。它的主頻為400 MHz，外擴(kuò)存儲(chǔ)器NAND Flash為128 MB、SDRAM為64 MB，完全滿足控制系統(tǒng)運(yùn)行的要求。該處理器片內(nèi)資源有1個(gè)LCD控制器(支持TFT帶有觸摸屏的液晶顯示屏)、SDRAM控制器、117位通用I／O口和24位外部中斷源等。本系統(tǒng)觸摸屏為3.5英寸，分辨率240×320，滿足系統(tǒng)要求。

　　2.2 溫度控制子系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　溫度控制子系統(tǒng)要求4路溫度采集，其中一路測(cè)量環(huán)境溫度，另外3路測(cè)量擴(kuò)散／氧化爐的溫度。系統(tǒng)要求溫度測(cè)量范圍為0～1 700℃，全量程分辨率為0.1℃。

　　為滿足系統(tǒng)要求，測(cè)量擴(kuò)散／氧化爐的傳感器可以選用熱電偶。為滿足系統(tǒng)測(cè)量精度的要求，同時(shí)系統(tǒng)A／D轉(zhuǎn)換的速度要求不是很快，所以采用雙積分型A／D轉(zhuǎn)換器ILC7135。ILC7135精度高、抗干擾性能好、價(jià)格低，應(yīng)用十分廣泛。ICL7135其轉(zhuǎn)換數(shù)字范圍為-19 999～+19 999，即分辨率為1／40 000。為了增加測(cè)量精度，需要對(duì)熱電偶輸入的信號(hào)進(jìn)行濾波。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)主要受工頻信號(hào)的干擾，所以濾波過(guò)程主要濾掉工頻信號(hào)。信號(hào)放大時(shí)根據(jù)系統(tǒng)的要求可以選用OP07、OP27等高精度的放大器。圖2為ILC7135的A／D轉(zhuǎn)換原理圖。因?yàn)镾3C2440的引腳高電平為3.3 V，所以此電路與CPU連接時(shí)可以使用電平轉(zhuǎn)換芯片SN74ALVCl64245或74LVC4254等。