基于ARM的擴散／氧化控制系統的設計

隨著信息化、智能化、網絡化的發展，嵌入式系統得到了前所未有的發展。由于嵌入式系統具有體積小、性能強、可靠性高等特點，目前廣泛應用于工業控制、控制儀表、通信等各個領域。擴散／氧化控制系統是為擴散氧化爐設計的控制系統。擴散／氧化爐是集成電路制造的重要的工藝設備之一。本系統主要由高精度的溫度控制系統、推拉舟控制系統、氣路控制系統組成。本系統為擴散／氧化爐提供高精度的擴散氧化環境，以生產出高質量的半導體產品。

　　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，可以良好地應用于本系統。且系統設計中移植了嵌入式WinCE，使得控制系統具有實時性強、編程方便、可擴展性強等特點。

　　1 擴散／氧化控制系統的總體設計

　　如圖1所示，系統的CPU及擴展模塊是以S3C2440為核心的開發板。在系統中有溫度控制子系統、推拉舟控制子系統、氣路控制子系統。上述3個子系統為閉環系統，分別完成對溫度、步進電機、氣體質量流量計的檢測和控制。觸摸顯示屏作為人機界面，用于控制和監視系統的運行。

圖1 系統結構框圖

　　2 控制系統的硬件設計

　　2.1 ARM微處理器S3C2440

　　本設計采用三星S3C2440處理器。它的主頻為400 MHz，外擴存儲器NAND Flash為128 MB、SDRAM為64 MB，完全滿足控制系統運行的要求。該處理器片內資源有1個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。本系統觸摸屏為3.5英寸，分辨率240×320，滿足系統要求。

　　2.2 溫度控制子系統硬件設計

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

　　為滿足系統要求，測量擴散／氧化爐的傳感器可以選用熱電偶。為滿足系統測量精度的要求，同時系統A／D轉換的速度要求不是很快，所以采用雙積分型A／D轉換器ILC7135。ILC7135精度高、抗干擾性能好、價格低，應用十分廣泛。ICL7135其轉換數字范圍為-19 999～+19 999，即分辨率為1／40 000。為了增加測量精度，需要對熱電偶輸入的信號進行濾波。因為本系統主要受工頻信號的干擾，所以濾波過程主要濾掉工頻信號。信號放大時根據系統的要求可以選用OP07、OP27等高精度的放大器。圖2為ILC7135的A／D轉換原理圖。因為S3C2440的引腳高電平為3.3 V，所以此電路與CPU連接時可以使用電平轉換芯片SN74ALVCl64245或74LVC4254等。