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摘 要
本文叙述了膜厚测量原理与膜厚控制技术的研究以及一个智能化控制装置的研制；系统介绍了一个基于FPGA的镀膜机膜厚控制系统的总体构成。由于采用了FPGA技术，使系统结构、成本大为简化。文中详细叙述了系统硬件设计与仿真。在镀膜机的膜厚控制系统的研究中，由于采用了现代检测手段，使测量精度大大提高。而且由于采取了自动控制，使在控制过程中剔除了人为因素的干扰，控制准确，提高了劳动生产率。http://www.16sheji8.cn/
关键词：膜厚测量 智能控制 FPGA
ABSTRACT
This thesis discusses the principle of membrane thickness measurement and the research of membrane thickness control technology, as well as the R&D of an intelligent control equipment. The overall structure of the membrane thickness control system based on FPGA is introduced in this system. As having adopted FPGA skill ,the structure and cost of the system are reduced considerably. This paper discusses systematic hardware design, emulation and experiment result in detail . In the research of the membrane thickness control system of IBS plating machine, as having adopted modern detection means, measure precision improves greatly. Furthermore, having adopted automation in this paper, artificial factor disturbance is rejected in the controlled process. Control is accurate and labor productivity is increased.
Keywords:measuring film，membrane thickness control ，FPGA
目 录
第一章 绪论 1
1.1 引言 1http://www.16sheji8.cn/
1.2 镀膜技术研究现状 2
1.3 论文研究的目的与内容 3
第二章 膜厚控制系统 4
2.1镀膜机的工作原理 4
2.2 膜厚控制的基本原理 6
2.2.1 计数式测频电路的基本原理和误差分析 6
2.2.2 等精度频率测量原理及误差分析 8
第三章 膜厚控制系统总体设计 12
3.1 系统总体方案设计 12
3.1.1 原多层膜元件的加工过程及存在的问题 12
3.1.2 改进方案与系统工作过程 12
3.2 系统主要部分设计指标要求与分析 14
3.2.1 石英晶体振荡器的基本原理 14
3.2.2 AVR单片机与FPGA接口逻辑设计 15
第四章 系统软件开发与设计 20
4.1 FPGA程序设计与仿真 20
4.1.1 FPGA设计与传统系统硬件的设计方法的比较 21
4.1.2 可编程逻辑器件的设计流程 23
4.1.3 MAXPLUSII软件开发 23
4.2 单片机处理程序流程图 27
第五章 实验测试与分析 29
结 论 33
参考文献 34http://www.16sheji8.cn/
致 谢 35
附录1 等精度频率计的FPGA原理图 36
第一章 绪论
1.1 引言
在金属或非金属工件的表面，涂以另一种金属、合金、金属化合物等材料的膜层，可以显著改变该工件的表面结构、光学性质和机械强度等特性，从而改变物体导电能力、防止材料腐蚀、增强外观光亮度等，是当前工业处理的一种重要方法。
在光电技术突飞猛进发展的今天，镀膜设备与技术也在不断发展与进步。传统的化学镀膜--电镀，由于废液的排放严重污染环境，正在被其他镀膜方法所代替。在镀膜技术中，目前已经实用化软X射线多层膜制备方法主要有三种：电子束蒸发（EB）、射频磁控溅射（MS）和离子束溅射（IBS）。
离子束溅射镀膜是七十年代后发展起来的一种镀膜技术，属等离子体高科技技术的应用领域。同化学镀膜相比，溅射镀膜在真空环境中进行，没有三废处理问题。与传统的真空热蒸发镀膜相比，离子束溅射镀膜具有如下几大特点：
（1） 依据动量交换机理，由气体放电形成的高速带电粒子或中性原子轰击靶材料，使靶材料溅射到基板上去。不受材料的熔点、化学组成的限制，任何材料都可以用溅射方法镀膜。
（2） 镀膜材料的原子（或分子、分子团）动量大，比热蒸发大一个数量级以上。具有膜层致密、牢固、附着性强等优点。
（3） 镀膜速率可以通过工作条件（如放电气压、束流密度、加速电压等）方便地控制。镀膜过程稳定。http://www.16sheji8.cn/
（4）可以高速率、大面积的溅射，便于实现工业规模的生产性镀膜。
1.2 镀膜技术研究现状
在溅射镀膜领域，1842年格洛夫（Grove）在实验室中发现了阴极溅射现象。他在研究电子管阴极腐蚀问题时，发现阴极材料迁移到真空管壁上来了。但是，真正应用于研究的溅射设备到1877年才初露端倪。迄后70年中，由于实验条件的限制，对溅射机理的认同长期处于模糊不清状态，所以，在1950年之前有关溅射薄膜特性的技术资料，多数是不可靠的。19世纪中期，只是在化学活性极强的材料、贵金属材料、介质材料和难熔金属材料的薄膜制备工艺中，采用溅射技术。1970年后出现了磁控溅射技术，1975年前后商品化的磁控溅射设备供应于世，大大地扩展了溅射技术应用的领域。到了80年代，溅射技术才从实验室应用技术真正地进入工业化大量生产的应用领域。现有两极溅射、三极溅射、反应溅射、磁控溅射和双离子溅射等淀积工艺。到目前为止溅射镀膜技术在光学薄膜、大规模集成电路镀膜、建筑材料镀膜、装饰材料镀膜、超硬刀具镀膜等行业中得到广泛的应用。
