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而等徑控制是單晶爐自動控制的核心。單晶直徑在生長過程中可受到溫度、提拉速度與轉速、坩堝跟蹤速度與轉速、保護氣體的流速與溫度等因素的影響。初始化主要完成熱控制系統(tǒng)各部件的初始化和自檢。

在忽略一些干擾因素影響情況下，單晶等徑生長主要受溫度和拉速影響。 80C196KC：片內集成的眾多系統(tǒng)級功能單元為控制系統(tǒng)的開發(fā)提供了很大的便利。存儲模塊由三部門組成：RAM，為程序運行時中間變量和局部變量存儲使用；ROM，為固化的程序和數(shù)據(jù)存儲使用；帶看門狗的串行EEPORM為芯片X5043，一方面存儲重要的工藝曲線數(shù)據(jù)和PID控制算法參數(shù)，另一方面為防止程序死機，X5043具有看門狗功能，并且當程序死機重啟時，X5043還保留有實時的工藝過程狀態(tài)數(shù)據(jù)。

上位機監(jiān)控程序基于VB6．O環(huán)境開發(fā)。 2個PWM(脈寬調制)輸出；一個外設事務服務器PTS，大大降低了間斷服務的開銷；2個定時器可以由外部提供時鐘；可對所有HSO引腳同時尋址；10位的A/D轉換器。增量式PID算法的輸出量為 △Un=Kp[(en-en-1)+(T/Ti)en+(Td/T)(en-2en-1+en-2)]式中：en、en-1、en-2分別為第n次、n-1次和n-2次的偏差值，Kp、Ti、Td分別為比例系數(shù)、積分系數(shù)和微分系數(shù)，T為采樣周期。用戶可通過上位機程序完成工藝參數(shù)設定工藝數(shù)據(jù)保留和工藝過程監(jiān)控等功能。箱式電爐鍵盤掃描和控制算法等子程序利用80C196KC豐碩的間斷資源，在外部間斷和定時器溢出間斷子程序中完成上述工作。每個單元都包括各自獨立的數(shù)據(jù)采集、PID控制模塊、參數(shù)設置、工藝曲線設置、電路控制輸出、與上位機串行通訊等模塊。

80C196KC是CHMOS高機能16單片機，內部的EPROM/ROM 為16K字節(jié)，內部RAM為488字節(jié)，都可以作為通用寄存器，另外還有24字節(jié)專用寄存器。

系統(tǒng)采用基于增量式PID算法的控制方法，即拉速控徑單元的拉速控制量和溫度控徑單元的升溫速率量由增量式PID算法求得。單片機等徑控制程序流程如圖3所示。使用微軟公司提供的MsComm控件有效地避免了直接調用Win32API造成的編程啰嗦等弊端，以較少代碼量實現(xiàn)本系統(tǒng)要求的全雙工步通訊。 LCD模塊為液晶驅動芯片sed13350驅動320*240的：DMF5008l的LCD。當熔體溫度升高時，晶體直徑變小，反之當熔體溫度下降時，晶體直徑變大，因此，晶體直徑的自動控制就是通過控制晶升速度和加熱器溫度而實現(xiàn)。

溫度校正主要是用來補償因單晶長度改變而引起固液接壤面熱穩(wěn)態(tài)發(fā)生變化的,管式電爐在溫度校正控制單元中，輸入偏差信號是由晶升測速機測得的拉速與溫校曲線的設定拉速比擬較產生的，再由PID算法得到溫度校正升溫速率輸出值，改變爐溫達到控徑的目的，同時也限制了拉速的大范圍波動與變化。本文從硬件和軟件設計方面先容了以80CI96單片機作為核心部件的單晶爐等徑生長控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)有效地實現(xiàn)了單晶爐的等徑控制。

單片機每隔固定時間T將現(xiàn)場采集信號與用戶設定目標溫度的差值帶入增量式PID算法公式，由公式輸出量決定拉速控徑單元的拉速控制量和溫度控徑單元的升溫速率量，后續(xù)放大電路根據(jù)這兩數(shù)值決定電機轉速和加熱功率。 DA模塊采用四路的DAC7615，以便控制系統(tǒng)功能擴充。

單晶等徑生長控制總體結構如圖l所示。本系統(tǒng)硬件還包括數(shù)據(jù)前端預處理模塊，此模塊對采樣的模擬信號進行隔離放大濾波處理，以達到80C196KC：的AD采樣信號要求。在實際運行上表現(xiàn)為，在晶體生長過程中，晶體的直徑主要受晶升速度和熔體溫度的變化而變大或變小，當晶升速度增大時，晶體直徑變小，反之當晶升速度減小時，晶體直徑變大。系統(tǒng)主要由拉速控徑單元和溫度控徑單元組成。整個硬件系統(tǒng)可實現(xiàn)的功能完全知足等徑控制的要求。

本設計的等徑控制系統(tǒng)充分施展了80C196KC單片機的特點，結合現(xiàn)有技術，大大降低了硬件電路的設計復雜度和本錢。硬件核心為Intel公司的16位單片機80C196KC。與上位機的串行通訊采用80C196KC自帶的UART硬件傳輸間斷，以知夠數(shù)據(jù)雙向傳輸?shù)漠惒叫院蛯崟r性要求。溫度控制單元是為了保證單晶正常生長所需的極嚴格的過冷度要求(如硅單晶生長過冷度l 240℃～0．5℃)，采用了歐陸818P溫度控制器。

直拉式單晶電爐是以直拉法從熔化的多晶硅熔液中生長硅單晶的電子專用設備。

系統(tǒng)程序由初始化程序、AD采樣子程序、鍵盤掃描子程序、PID控制子程序和間斷子程序等部門組成。在拉速控徑單元中，直徑丈量模塊以模擬電壓形式將現(xiàn)場直徑量傳至單片機；單片機通過自身集成的A/D轉換器將模擬電壓轉化為控制系統(tǒng)可用的數(shù)字量；單片機結合現(xiàn)場采集的直徑與用戶設定的目標直徑，按照已經編程固化的增量式PID控制算法計算出實時控制量；以此控制量通過DA電路和功放電路改變輸出驅動直流電機，調節(jié)拉速與堝升速度，使直徑逐步不亂于用戶設定的目標值。

該系統(tǒng)在中電團體第四十八研究所開發(fā)成功的CZ800-A型單晶爐上運行一年多時間，能不亂自動控制生長需要的無錯位單晶，具有控制精度高、操控界面友好、不亂性高，抗干擾能力強等長處。因此，爐內熱場和生長速度的精確控制是單晶等徑控制的重點，因為這種控制系統(tǒng)是一個緩慢時變，并且具干擾嚴峻的非最小相位系統(tǒng)。