激光光刻机控制系统（软件设计）毕业论文或毕业设计说明书
目 录
一、绪论 4
（一）本课题的研究背景和意义 4
（二）光刻机硬件结构和工作原理 5
1.光刻机硬件结构 5
2.光刻机工作原理 5
（三）课题来源 6
（四）光刻机的主要技术指标 6
（五）本设计的主要工作 6
二、总体方案设计 7
（一）激光光刻机控制系统总体设计要求 7
（二）激光光刻机控制系统的总体框图设计 8
三、控制系统的软件设计 8
（一）控制系统的软件设计要求 8
（二）控制系统软件的总体设计 9
（三）控制器与上位机的通信 9
1.串行通信的硬件设计 9
2.串行通信协议设定 10
2.1 1号单片机的串行通信协议 10
3. 2号单片机的串行通信协议 10
4. 1号单片机程序设计 11
4.1 曝光控制软件 11
4.2 X-Y轴直线电机的软件设计 12
4.3 1号单片机程序流程图 12
5. 2号单片机程序设计 13
5.1 交流伺服控制的软件设计 13
5.2 2号单片机程序流程图 14
四、结论 15
五、总 结 16
致 谢 17
参考文献 18
附录一 1号单片机的控制程序 19
附录二 2号单片机的控制程序 25
一、绪论
（一）本课题的研究背景和意义
激光全息防伪技术是用激光作为光源，通过复杂光路的设计，拍摄并记录干涉条纹，该干涉条纹 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
包含物体图像信息，由光刻机刻蚀光刻胶，被刻蚀的光刻胶通过显影和电铸，制作的母板包含全息信息，再通过机械模压设备复制大量的记载这种干涉条纹的复制品材料，在普通光的照射下，可呈现出色彩变换，三维的图像文字信息，以及动态变化的时空信息。由于激光防伪技术的不断普及和成熟，一般的全息母板制作程序已经变得比较简单，对一些普通文字图像信息获取的全息制作出的防伪商标已不能起到真正的防伪作用，为了提高激光防伪技术，高质量、大尺寸的文字图像信息的全息不但具有相当的艺术表现力，而且具有很难重复的仿制特性。这就对制作设备的工作效率提出了更高的要求。为了制作大尺寸的激光防伪商标，开发了高速激光点阵光刻机。此种光刻机的工作方式采用的是动态曝光、逐行扫描，有效的克服了其工作模式的局限性（在X-Y工作台停止的状态下曝光），光刻的可达到原来工作速度的10～12倍，使以往难以制作大尺寸的防伪商标的问题得到解决，切实提高了防伪商标制作的技术水平。
（二）光刻机硬件结构和工作原理
1.光刻机硬件结构
光刻机的主要部件包括X-Y运动控制（X-Y轴直线电机控制器、正交脉冲计数处理电路）、X-Y工作台（X-Y轴位移传感器、X-Y轴直线电机）、交流伺服控制（交流伺服电机、交流伺服控制器、光栅组件）、工业控制计算机和通信接口、曝光控制电路（正相交流脉冲计数处理电路、型号为STC12C5A60S2的单片机、激光器）等 ，如图1所示为光刻机结构示，其实物图为如图2。光刻机的控制系统主要的由上位机和下位机两大部分组成，其中上位机使用工业控制计算机构成，下位机使用单片机STC12C5A60S2来控制。
图1 光刻机结构示意图 图2 光刻机实物图
2. 光刻机工作原理
点阵光刻机是通过点-线-面的方式合成一幅画面以此作为母板来制作激光全息防伪商标。X轴与Y轴的直线电机控制X-Y工作台在X轴与Y轴方向上运动，以逐行扫描的方式工作（双向）。在系统初始化定位后，首先读取第一行的图像信息文件，运行X-Y工作台，检测需要曝光的位置，光栅旋转到图像信息对应的角度时则停止转动，当检测到需要曝光的位置时打开激光器对光刻胶曝光刻蚀，到曝光的时间则关闭激光器，转动光栅转角，每次检验到曝光位置时会触发激光器对光刻胶进行感光，再关闭激光器，直到在X轴方向走完一行，最后向Y轴方向移动一个固定值距离，如此反反复复交替进行，直至一幅完整动作完成。因为要在工作中提高激光光刻机制版的效率，所以在本设计本系统选用的工作模式为动态曝光模式，由于在激光器进行曝光时，X-Y工作台是始终要一直运行的，因此对曝光的时间、定位的精准度位移和判断的速度都有相当高的要求，光刻机运动轨迹如图3所示。
（三）课题来源
根据苏州印象镭射科技有限公司提供的激光点阵光刻机控制系统的技术要求，设计与制作功能满足要求、工作稳定、以单片机为核心的激光点阵光刻机控制系统，能够实现控制光刻机以逐行扫描的方式运行，采用动态曝光的工作模式，实现高速高精度定位，能制作大尺寸的防伪商标，有效提高全息母板制作的效率。
（四）光刻机的主要技术指标
光刻机的主要技术指标有：①定位精度：±1μm；②光刻精度最大为2540dpi；③光刻速度50～500点/秒；④制作尺寸400×600mm。
（五）本设计的主要工作
（1）根据苏州印象镭射科技有限公司对光刻机控制器的要求，设计与制作一台满足技术要求的基于单片机的光刻机控制器。
（2）为保证光刻机控制器在强电磁干扰环境下能稳定可靠地工作，在软件设计方面要采用抗干扰的措施。
（3）硬件设计上采用多单片机作为控制核心，从而减少硬件的元器件数量。
（4）系统通过RS-232接口与PC机进行相连接而组成上下位机系统，实现系统的监控。
（5）本设计是在硬件的基础上，通过软件完成光刻机控制器的设计。本论文对光刻机控制器的单片机的软件进行了设计，进行实物调试，并达到了技术要求。
二、总体方案设计
（一）激光光刻机控制系统总体设计要求
光刻机控制系统以2片单片机STC12C5A60S2为核心控制器件，能实现以下功能：
（1）能控制X-Y工作台以逐行扫描的方式运行；
（2）X-Y工作台定位精度0.5μm；
（3）把图像像素的信号转换为光栅旋转的角度。当光栅旋转的角度为-900时，表示图像像素为白色，当光栅旋转的角度为＋900时，表示图像像素为黑色，因此1800是光栅旋转的最大角度；
（4）采用动态曝光工作方式，即图文所有的信息曝光点都是在工作台运动的状态下完成的；
（5）通过RS-232串行接口，实现了上位机与下位机之间的通信，传输的信息包括图像像素、曝光的点距、曝光时间、运行速度、图像尺寸等。
（二）激光光刻机控制系统的总体框图设计
光刻机控制系统以2片单片机STC12C5A60S2为核心控制器件，其他主要由X-Y工作方式光栅尺正交脉冲计数处理电路、曝光控制器件、直线电机控制器、交流伺服控制电路和两个RS232通信接口电路构成。光刻机结构框图如图4所示，虚线框为光刻机控制系统。
图4 光刻机结构框图
1号单片机的主要有3个功能，一是控制曝光的位置和时间；二是通过直线电机控制器，控制X-Y轴直线电机以双向逐行扫描的方式工作；三是与上位机通信。因此，1号单片机的程序设计包括曝光控制的软件设计、X-Y轴直线电机的软件设计和与上位机通信的软件设计。
一、绪论 4
（一）本课题的研究背景和意义 4
（二）光刻机硬件结构和工作原理 5
1.光刻机硬件结构 5
2.光刻机工作原理 5
（三）课题来源 6
（四）光刻机的主要技术指标 6
（五）本设计的主要工作 6
二、总体方案设计 7
（一）激光光刻机控制系统总体设计要求 7
（二）激光光刻机控制系统的总体框图设计 8
三、控制系统的软件设计 8
（一）控制系统的软件设计要求 8
（二）控制系统软件的总体设计 9
（三）控制器与上位机的通信 9
1.串行通信的硬件设计 9
2.串行通信协议设定 10
2.1 1号单片机的串行通信协议 10
3. 2号单片机的串行通信协议 10
4. 1号单片机程序设计 11
4.1 曝光控制软件 11
4.2 X-Y轴直线电机的软件设计 12
4.3 1号单片机程序流程图 12
5. 2号单片机程序设计 13
5.1 交流伺服控制的软件设计 13
5.2 2号单片机程序流程图 14
四、结论 15
五、总 结 16
致 谢 17
参考文献 18
附录一 1号单片机的控制程序 19
附录二 2号单片机的控制程序 25
一、绪论
（一）本课题的研究背景和意义
激光全息防伪技术是用激光作为光源，通过复杂光路的设计，拍摄并记录干涉条纹，该干涉条纹 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
包含物体图像信息，由光刻机刻蚀光刻胶，被刻蚀的光刻胶通过显影和电铸，制作的母板包含全息信息，再通过机械模压设备复制大量的记载这种干涉条纹的复制品材料，在普通光的照射下，可呈现出色彩变换，三维的图像文字信息，以及动态变化的时空信息。由于激光防伪技术的不断普及和成熟，一般的全息母板制作程序已经变得比较简单，对一些普通文字图像信息获取的全息制作出的防伪商标已不能起到真正的防伪作用，为了提高激光防伪技术，高质量、大尺寸的文字图像信息的全息不但具有相当的艺术表现力，而且具有很难重复的仿制特性。这就对制作设备的工作效率提出了更高的要求。为了制作大尺寸的激光防伪商标，开发了高速激光点阵光刻机。此种光刻机的工作方式采用的是动态曝光、逐行扫描，有效的克服了其工作模式的局限性（在X-Y工作台停止的状态下曝光），光刻的可达到原来工作速度的10～12倍，使以往难以制作大尺寸的防伪商标的问题得到解决，切实提高了防伪商标制作的技术水平。
（二）光刻机硬件结构和工作原理
1.光刻机硬件结构
光刻机的主要部件包括X-Y运动控制（X-Y轴直线电机控制器、正交脉冲计数处理电路）、X-Y工作台（X-Y轴位移传感器、X-Y轴直线电机）、交流伺服控制（交流伺服电机、交流伺服控制器、光栅组件）、工业控制计算机和通信接口、曝光控制电路（正相交流脉冲计数处理电路、型号为STC12C5A60S2的单片机、激光器）等 ，如图1所示为光刻机结构示，其实物图为如图2。光刻机的控制系统主要的由上位机和下位机两大部分组成，其中上位机使用工业控制计算机构成，下位机使用单片机STC12C5A60S2来控制。
图1 光刻机结构示意图 图2 光刻机实物图
2. 光刻机工作原理
点阵光刻机是通过点-线-面的方式合成一幅画面以此作为母板来制作激光全息防伪商标。X轴与Y轴的直线电机控制X-Y工作台在X轴与Y轴方向上运动，以逐行扫描的方式工作（双向）。在系统初始化定位后，首先读取第一行的图像信息文件，运行X-Y工作台，检测需要曝光的位置，光栅旋转到图像信息对应的角度时则停止转动，当检测到需要曝光的位置时打开激光器对光刻胶曝光刻蚀，到曝光的时间则关闭激光器，转动光栅转角，每次检验到曝光位置时会触发激光器对光刻胶进行感光，再关闭激光器，直到在X轴方向走完一行，最后向Y轴方向移动一个固定值距离，如此反反复复交替进行，直至一幅完整动作完成。因为要在工作中提高激光光刻机制版的效率，所以在本设计本系统选用的工作模式为动态曝光模式，由于在激光器进行曝光时，X-Y工作台是始终要一直运行的，因此对曝光的时间、定位的精准度位移和判断的速度都有相当高的要求，光刻机运动轨迹如图3所示。
（三）课题来源
根据苏州印象镭射科技有限公司提供的激光点阵光刻机控制系统的技术要求，设计与制作功能满足要求、工作稳定、以单片机为核心的激光点阵光刻机控制系统，能够实现控制光刻机以逐行扫描的方式运行，采用动态曝光的工作模式，实现高速高精度定位，能制作大尺寸的防伪商标，有效提高全息母板制作的效率。
（四）光刻机的主要技术指标
光刻机的主要技术指标有：①定位精度：±1μm；②光刻精度最大为2540dpi；③光刻速度50～500点/秒；④制作尺寸400×600mm。
（五）本设计的主要工作
（1）根据苏州印象镭射科技有限公司对光刻机控制器的要求，设计与制作一台满足技术要求的基于单片机的光刻机控制器。
（2）为保证光刻机控制器在强电磁干扰环境下能稳定可靠地工作，在软件设计方面要采用抗干扰的措施。
（3）硬件设计上采用多单片机作为控制核心，从而减少硬件的元器件数量。
（4）系统通过RS-232接口与PC机进行相连接而组成上下位机系统，实现系统的监控。
（5）本设计是在硬件的基础上，通过软件完成光刻机控制器的设计。本论文对光刻机控制器的单片机的软件进行了设计，进行实物调试，并达到了技术要求。
二、总体方案设计
（一）激光光刻机控制系统总体设计要求
光刻机控制系统以2片单片机STC12C5A60S2为核心控制器件，能实现以下功能：
（1）能控制X-Y工作台以逐行扫描的方式运行；
（2）X-Y工作台定位精度0.5μm；
（3）把图像像素的信号转换为光栅旋转的角度。当光栅旋转的角度为-900时，表示图像像素为白色，当光栅旋转的角度为＋900时，表示图像像素为黑色，因此1800是光栅旋转的最大角度；
（4）采用动态曝光工作方式，即图文所有的信息曝光点都是在工作台运动的状态下完成的；
（5）通过RS-232串行接口，实现了上位机与下位机之间的通信，传输的信息包括图像像素、曝光的点距、曝光时间、运行速度、图像尺寸等。
（二）激光光刻机控制系统的总体框图设计
光刻机控制系统以2片单片机STC12C5A60S2为核心控制器件，其他主要由X-Y工作方式光栅尺正交脉冲计数处理电路、曝光控制器件、直线电机控制器、交流伺服控制电路和两个RS232通信接口电路构成。光刻机结构框图如图4所示，虚线框为光刻机控制系统。
图4 光刻机结构框图
1号单片机的主要有3个功能，一是控制曝光的位置和时间；二是通过直线电机控制器，控制X-Y轴直线电机以双向逐行扫描的方式工作；三是与上位机通信。因此，1号单片机的程序设计包括曝光控制的软件设计、X-Y轴直线电机的软件设计和与上位机通信的软件设计。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/txgc/1828.html
