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半导体设备数据控制系统的设计及实现

作　者: 张士福
导　师: 周端
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: XC167CI SPI总线 PCB设计 信号调理 系统可靠性
分类号: TN303
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 21次
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内容摘要


本文在研究半导体设备数据控制系统整体功能的基础上,制定了系统采用的硬件电路设计、软件设计及可靠性设计方案,设计了控制系统原理图和PCB电路版图,完成了硬件电路制作和系统软件编写,进行了软硬件联调和系统整体运行测试,达到了系统各项功能需求和数据精度要求,实现了半导体封装设备过程控制的目标。系统按五个功能模块进行电路设计,具体分为控制器模块、电源及基准电压模块、温度信号调理模块、A/D转换模块、D/A转换及压力控制模块,并对各个模块的主要器件进行了分析和选择。通过对系统软件功能的研究,设计了模拟输入通道处理、串口中断处理和定时器中断处理软件三大模块。在软硬件设计过程中,采取了滤波技术、数模分割、光电隔离等措施来提高系统可靠性和抗干扰能力。探讨了微控制芯片XC167CI的体系结构、系统管理及SPI总线通信,并对PCB布局、布线、PCB阻抗及信号完整性进行了详细的阐述。在设计实现的半导体设备数据控制系统电路板上,完成了电源及基准电压模块、微控制器及JTAG接口、串口通信、A/D转换及模拟输入通道模块、D/A转换及压力控制模块的调试,最后进行了软件调试、系统联调和可靠性的测试。通过各项调试测试证明,该系统是稳定可靠的。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
第一章 绪论  7-9
  1.1 课题研究的来源及目标要求  7-8
  1.2 研究的主要内容及章节安排  8-9
第二章 半导体设备数据控制系统  9-17
  2.1 系统整体功能  9-10
  2.2 控制器模块  10-12
  2.3 电源及基准电压模块  12
  2.4 温度信号调理模块  12-13
  2.5 A/D转换模块  13-14
  2.6 D/A转换及压力控制模块  14-15
  2.7 系统可靠性分析  15-17
第三章 Infineon-XC167CI单片机  17-29
  3.1 XC167CI单片机  17-18
  3.2 体系结构  18-23
    3.2.1 存储器组织  19-20
    3.2.2 中央处理器  20-21
    3.2.3 系统中断  21-22
    3.2.4 并行I/O口  22-23
  3.3 系统管理  23-26
    3.3.1 系统控制单元  23
    3.3.2 外部启动模式下的硬件配置  23-25
    3.3.3 调试系统  25-26
  3.4 SPI总线通信  26-29
第四章 系统硬件方案设计  29-45
  4.1 微控制器及相应电路  29-30
    4.1.1 微控制器XC167CI  29
    4.1.2 微控制器电路  29-30
  4.2 电源及基准电压模块电路设计  30-33
    4.2.1 电源模块电路设计  31-32
    4.2.2 基准电压模块电路设计  32-33
  4.3 温度信号调理模块电路设计  33-38
    4.3.1 热电偶测温原理  33
    4.3.2 多路模拟开关  33-34
    4.3.3 热电偶放大器  34-36
    4.3.4 电压跟随器  36-38
  4.4 A/D转换模块电路设计  38-40
  4.5 D/A转换及压力控制模块设计  40-43
  4.6 系统硬件可靠性设计  43-45
第五章 系统印刷电路板设计  45-55
  5.1 印刷电路板设计  45-47
    5.1.1 PCB布局  45-46
    5.1.2 电源和地线的选择  46
    5.1.3 PCB布线  46-47
    5.1.4 PCB检查  47
  5.2 PCB阻抗  47-52
    5.2.1 阻抗控制  47-49
    5.2.2 阻抗匹配  49-51
    5.2.3 共模特性阻抗和差模特性阻抗  51-52
  5.3 信号完整性分析  52-55
    5.3.1 布线前SI分析  53
    5.3.2 布线后SI分析  53-55
第六章 系统硬件调试方案设计  55-65
  6.1 电路板检查及确定调试方案  55-56
    6.1.1 电路板检查  55
    6.1.2 确定测试调试方案  55-56
  6.2 电源及基准电压模块测试  56
  6.3 微控制器及JTAG接口测试  56-58
  6.4 串口通信测试  58-59
  6.5 A/D转换及模拟输入通道模块测试  59-62
  6.6 D/A转换及压力控制模块测试  62-63
  6.7 本章小结  63-65
第七章 系统软件设计及软硬件联调  65-71
  7.1 系统软件的整体功能  65-66
  7.2 模拟输入通道处理  66
  7.3 串口中断处理  66-67
  7.4 定时器中断处理  67-68
  7.5 系统软件可靠性设计  68-69
    7.5.1 提高软件设计的正确性  68-69
    7.5.2 采用数字滤波技术  69
    7.5.3 软硬件相结合的系统检测方案  69
  7.6 系统软硬件联调  69-71
第八章 结束语  71-73
致谢  73-75
参考文献  75-77
研究成果  77-79
附录A 系统板布局布线图  79-81
附录B 系统板实物图  81-82

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 半导体技术 > 一般性问题 > 结构、器件
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