基于ARM的扩散／氧化控制系统的设计

随着信息化、智能化、网络化的发展，嵌入式系统得到了前所未有的发展。由于嵌入式系统具有体积小、性能强、可靠性高等特点，目前广泛应用于工业控制、控制仪表、通信等各个领域。扩散／氧化控制系统是为扩散氧化炉设计的控制系统。扩散／氧化炉是集成电路制造的重要的工艺设备之一。本系统主要由高精度的温度控制系统、推拉舟控制系统、气路控制系统组成。本系统为扩散／氧化炉提供高精度的扩散氧化环境，以生产出高质量的半导体产品。

　　本文采用的是ARM处理器S3C2440，它具有工作频率高、片上资源丰富等特点，可以良好地应用于本系统。且系统设计中移植了嵌入式WinCE，使得控制系统具有实时性强、编程方便、可扩展性强等特点。

　　1 扩散／氧化控制系统的总体设计

　　如图1所示，系统的CPU及扩展模块是以S3C2440为核心的开发板。在系统中有温度控制子系统、推拉舟控制子系统、气路控制子系统。上述3个子系统为闭环系统，分别完成对温度、步进电机、气体质量流量计的检测和控制。触摸显示屏作为人机界面，用于控制和监视系统的运行。

图1 系统结构框图

　　2 控制系统的硬件设计

　　2.1 ARM微处理器S3C2440

　　本设计采用三星S3C2440处理器。它的主频为400 MHz，外扩存储器NAND Flash为128 MB、SDRAM为64 MB，完全满足控制系统运行的要求。该处理器片内资源有1个LCD控制器(支持TFT带有触摸屏的液晶显示屏)、SDRAM控制器、117位通用I／O口和24位外部中断源等。本系统触摸屏为3.5英寸，分辨率240×320，满足系统要求。

　　2.2 温度控制子系统硬件设计

　　温度控制子系统要求4路温度采集，其中一路测量环境温度，另外3路测量扩散／氧化炉的温度。系统要求温度测量范围为0～1 700℃，全量程分辨率为0.1℃。

　　为满足系统要求，测量扩散／氧化炉的传感器可以选用热电偶。为满足系统测量精度的要求，同时系统A／D转换的速度要求不是很快，所以采用双积分型A／D转换器ILC7135。ILC7135精度高、抗干扰性能好、价格低，应用十分广泛。ICL7135其转换数字范围为-19 999～+19 999，即分辨率为1／40 000。为了增加测量精度，需要对热电偶输入的信号进行滤波。因为本系统主要受工频信号的干扰，所以滤波过程主要滤掉工频信号。信号放大时根据系统的要求可以选用OP07、OP27等高精度的放大器。图2为ILC7135的A／D转换原理图。因为S3C2440的引脚高电平为3.3 V，所以此电路与CPU连接时可以使用电平转换芯片SN74ALVCl64245或74LVC4254等。