Информационно-измерительная и управляющая система импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Уткин Кирилл Эдуардович

• Уткин Кирилл Эдуардович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Уткин Кирилл Эдуардович

Введение

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ, ДЕФЕКТОВ И ПРИЧИН НЕСТАБИЛЬНОСТИ ПАРАМЕТРОВ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ

1.1. Тензорезистивные датчики давления. Конструкция и основные параметры

1.2. Основные виды тонких тензорезистивных пленок ЧЭ ТДД

1.3. Методы получения тензорезистивных пленок ЧЭ ТДД

1.4. Исследование влияния конструктивно-технологических и эксплуатационных факторов на характеристики тонкопленочных резисторов

Выводы по главе

Глава 2 РАЗРАБОТКА ИИУС ИМПУЛЬСНО-ТОКОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ

2.1. Разработка структуры ИИУС процессом стабилизации тензорезисторов

2.2. Разработка и исследование основных узлов ИИУС

Выводы по главе

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО И МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ИИУС ИМПУЛЬСНО-ТОКОВОЙ СТАБИЛИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ТДД

3.1. Анализ причин нестабильности параметров тонкопленочных резисторов и методы их стабилизации

3.2. Разработка программно-алгоритического

обеспечения ИИУС импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезисторов

3.3. Математическое обеспечение ИИУС

импульсно-токовой стабилизации

параметров тензорезисторов

3.4. Анализ эффективности применения импульсно-токовой стабилизации

тонкопленочных резисторов

Выводы по главе

ГлАВа 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ

И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Экспериментальный образец системы

импульсно-токовой стабилизации параметров ТДД

Рисунок 4.2 - Модуль «ТОР» со снятой верхней крышкой

4.2. Разработка методики стабилизации

параметров тонкопленочных резисторов

путем импульсно-токовой обработки

4.2. Методика тестирования и отладки

системы управления импульсно-токовой

стабилизацией параметров

тонкопленочных резисторов

Протокол испытаний ИИУС приведен в приложении Б

4.2. Внедрение ИИУС стабилизации в процесс изготовления тонкопленочных

резисторов

Рисунок 4.11 - Машинограмма испытаний датчика Вт212

Выводы по главе

Заключение

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Приложение А

Акты внедрения

Приложение Б

Листинг программы управления в LabView

Приложение В

Программа управления модулем ТОР ИИУС

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Информационно-измерительная и управляющая система импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления»

Введение

Актуальность темы исследования. В настоящее время одними из наиболее востребованных в ракетно-космической технике, авиа- и вертолетостроении являются системы измерения давления, основным компонентом которых выступают тензорезистивные датчики давления (ТДД), обеспечивающие требуемое качество функционирования и безопасность. Несмотря на значительные возможности ТДД, актуальна задача повышения стабильности их характеристик в условиях длительного хранения, эксплуатации и при температурных воздействиях.

Достигнутая к настоящему времени приведенная нестабильность начального выходного напряжения ТДД составляет не менее ± 7% в условиях хранения и ± 15% в условиях эксплуатации. Приведенное значение коэффициента функции влияния температуры на начальный выходной сигнал ТДД в диапазоне температур составляет ± 2 10-4 1/°С. Потребители ТДД требуют значений указанных параметров, соответственно, не более ± 3 %, не более ±7% и ± 410-5 1/°С.

Основой ТДД является чувствительный элемент, представляющий собой гетерогенную структуру, состоящую из подложки, изолирующего слоя, тензорезистора и контактных площадок. Стабильность характеристик чувствительного элемента определяет стабильность датчика в целом.

На стабильность метрологических характеристик чувствительного элемента влияют процессы межслойной диффузии и деградации тонких пленок.

Для улучшения стабильности в технологический процесс изготовления ТДД вводятся дополнительные операции температурной стабилизации (в вакууме и на воздухе), состоящие в управляемом энергетическом воздействии на формируемые тонкопленочные резистивные структуры.

Импульсно-токовая стабилизация резистивных пленок является одной из разновидностей термотоковой обработки. Основной задачей импульсно-токовой стабилизации является предотвращение окисления верхнего резистивного слоя в процессе хранения и эксплуатации, предотвращение взаимодиффузии на границах раздела слоев (резистивного и диэлектрического) и устранение межзерновой диффузии. Основными недостатками существующих способов стабилизации параметров резисторов являются длительность процесса стабилизации (режим стабилизации в вакууме - нагрев 0,5 ч. выдержка 1,5ч., остывание 1 ч., два цикла, режим стабилизации на воздухе - нагрев 0,5 выдержка 2 часа, остывание 1 ч.), а также остаточная нестабильность параметров резисторов, обусловленная незаконченностью структурообразования резистивной пленки из-за наличия в ней скрытых дефектов.

Степень разработанности темы исследования. Проблемами разработки систем управления процессом производства стабильных ТДД занимались ученые Осадчий Е. П., Колосов П.А., Мокров Е. А., Ваганов В.И., Тихонов А. И., Тихоненков В. А., Зеленцов Ю.А., Лебедев Д. В., Семенов В. А., Печерская Р. М., Васильев В. А., Волохов И.В., Eller E.E., Jaffe Н., Jackson R.G., Fraden J., Kurtz A.D. и др.

Существующие системы управления процессом производства не способны реализовать адаптивные алгоритмы стабилизации параметров с учетом индивидуальных особенностей конкретного типа обрабатываемого резистора, так как не используют измерение параметров тензорезисторов в процессе стабилизации. В течение всего времени стабилизации режим воздействия на тензорезистор остается неизменным.

Совершенствование систем управления импульсно-токовой стабилизацией возможно на основе исследования энергораспределения воздействующих импульсов на тонкопленочные резисторы и нахождения

закономерностей, направленных на выявление связи характеристик гетерогенной структуры ТДД с его метрологическими характеристиками. Исследования показали, что для достижения необходимой стабильности процесс стабилизации должен изменяться/адаптироваться в соответствии с индивидуальными параметрами и характеристиками конкретного датчика.

Актуальной задачей является автоматизация сложного процесса импульсно-токовой стабилизации параметров тонкопленочных резисторов за счет разработки специализированной информационно-измерительной и управляющей системы (ИИУС), реализующей автоматизированный подбор параметров воздействующих импульсов для конкретного типа тензорезистивного датчика давления, с учетом характеристик тонкопленочных материалов (сплавов), применяемых при изготовлении тонкопленочного резистора.

Цель диссертационного исследования - разработка информационно-измерительной и управляющей системы стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления на основе адаптивных алгоритмов, позволяющей повысить стабильность метрологических характеристик датчиков и сократить время стабилизации.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие основные задачи:

- исследование способов и средств улучшения стабильности параметров тонкопленочных тензорезисторов, и анализ эффективности импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления;

- совершенствование существующих систем управления процессом импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления;

- разработка алгоритма работы информационно-измерительной и управляющей системы, обеспечивающего стабилизацию чувствительных

элементов тензорезистивных датчиков давления и предупреждающего их перегрев при одновременном уменьшении продолжительности процесса;

- разработка математического обеспечения функционирования информационно-измерительной и управляющей системы импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления;

- проведение экспериментальных исследований нестабильности параметров тензорезистивных датчиков давления, изготовленных с применением разработанной информационно-измерительной и управляющей системы.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применялись основные положения физики тонких пленок, теории конденсации тонких пленок и методы математического моделирования физических процессов в тонкоплёночной гетероструктуре, методы системного анализа, математического анализа, теории погрешностей, теории измерений и теории электрических цепей. Основные теоретические результаты подтверждены экспериментальными исследованиями.

Объект исследований: информационно-измерительная и управляющая система импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления.

Предмет исследований: повышение эффективности информационно-измерительной и управляющей системы управления импульсно-токовой стабилизацией параметров тензорезистивных датчиков давления за счет реализации адаптивных алгоритмов стабилизации.

Проблемы и задачи, решенные в диссертации, соответствуют областям исследования специальности 2.2.11 - Информационно-измерительные и управляющие системы (технические науки): п. 2 Исследование возможностей и путей совершенствования существующих и создания новых элементов структуры и образцов информационно-измерительных и управляющих систем, улучшение их технических, эксплуатационных, экономических и

эргономических характеристик, разработка новых принципов построения и технических решений; п. 3 Математическое, алгоритмическое, информационное, программное и аппаратное обеспечение информационно-измерительных и управляющих систем.

Основные теоретические выводы подтверждены результатами экспериментов

Обоснование и достоверность научных положений и выводов подтверждается соответствием фундаментальным законам физики и химии, использованием современных аналитических и расчетных методов, метрологическими испытаниями тензорезистивных датчиков давления.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Усовершенствована структура и принцип построения информационно-измерительной и управляющей системы импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления, позволяющей за счет введения элементов оперативного измерения сопротивления резисторов адаптивно производить импульсно-токовую обработку для достижения минимально возможной нестабильности параметров конкретного тензорезистивного датчика давления непосредственно в ходе технологического процесса (п.2 паспорта специальности).

2. Разработаны алгоритм работы и программное обеспечение информационно-измерительной и управляющей системы, в котором, в отличие от общеизвестных способов, стабилизацию резисторов проводят в три этапа «пакетами» импульсов напряжения определенной амплитуды, длительности и скважности при непрерывном контроле сопротивления резисторов, что позволило обеспечить предупреждение перегрева резисторов, а также повысить временную и температурную стабильность параметров тензорезистивных датчиков давления при одновременном уменьшении продолжительности процесса стабилизации (п.3 паспорта специальности).

3. Создано математическое обеспечение функционирования информационно-измерительной и управляющей системы импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления, позволяющее рассчитать параметры импульсных последовательностей на всех этапах стабилизации тензорезисторов и реализующие индивидуальную программную корректировку процесса стабилизации для конкретного типа тензорезистивного датчика давления (п.3 паспорта специальности).

Теоретическая и практическая значимость работы. Предложенные структура, алгоритм работы информационно-измерительной и управляющей системы импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления и математическое обеспечение ее функционирования являются научной основой для повышения стабильности параметров тензорезистивных датчиков давления и позволяют систематизировать и формализовать взаимосвязи характеристик ТДД и воздействий, учесть переходные процессы, происходящие в гетероструктурах в процессе стабилизации. Полученные результаты апробированы в процессе импульсно-токовой стабилизации тензорезисторов, но могут быть также распространены на подобные задачи стабилизации параметров других гетерогенных структур.

Практическая значимость полученных результатов:

1. Реализация информационно-измерительной и управляющей системы импульсно-токовой стабилизацией параметров тензорезистивных датчиков давления.

2. Разработка программно-алгоритмического и математического обеспечений работы системы.

3. Создание методики тестирования и отладки системы.

Реализация и внедрение результатов работы. Научные и практические

результаты диссертационной работы внедрены при выполнении гранта «Разработка автоматизированной системы импульсной стабилизации тонкопленочных резисторов» (инновационный проект по программе

«У.М.Н.И.К.» ФГБУ «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере», договор №15547ГУ/2020 от 05.07.2020).

Научная и практическая значимость результатов исследований подтверждена актом об использовании результатов диссертационной работы в АО «НИИФИ» при изготовлении чувствительных элементов тонкопленочных тензорезистивных датчиков давления типа Вт 212 с целью проведения типовых испытаний в соответствии с требованиями ГОСТ РВ 15.307 и подтверждения тактико-технических характеристик необходимым требованиям с последующим применением в серийном производстве тонкопленочных датчиков давления и справкой об использовании результатов диссертационной работы в учебном процессе ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет» при подготовке студентов по направлению 12.03.01 «Приборостроение» (профиль «Информационно-измерительная техника и технологии»), в том числе при целевой подготовке студентов в интересах Роскосмоса.

Апробация результатов работы. Основные положения и результаты исследований по диссертационной работе апробированы на 8 международных конференциях и конкурсах:

Научно-технической конференции «Шляндинские чтения-2019», Научно-технической конференции «Шляндинские чтения-2020», международном симпозиуме «Надежность и качество 2021», XXXIV Международной научно -технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» - 2021, Международной научно-практической конференции «Наука. Образование. Общество» Тамбов 2022, XXIV Московском международном салоне изобретений и инновационных технологий «Архимед 2021», Всероссийском конкурсе научно-технических работ «Орбита молодежи 2022», научно-технической конференции «Шляндинские чтения-2022»

На защиту выносятся:

1. Структурная схема информационно-измерительной и управляющей системы импульсно-токовой стабилизации тензорезистивных датчиков давления.

2. Алгоритм работы информационно-измерительной и управляющей системы, обеспечивающий трехэтапную послойную стабилизацию чувствительных элементов тензорезистивных датчиков давления и предупреждающий их перегрев.

3. Математическое обеспечение функционирования информационно -измерительной и управляющей системы импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления.

4. Результаты экспериментальных исследований системы.

Личный вклад автора. Основные научные результаты диссертационной работы получены автором самостоятельно. В работах, выполненных в соавторстве, соискателем сформулированы задачи, обоснованы методы их решения, выполнен анализ полученных результатов.

Публикации. Результаты диссертационного исследования Уткина К.Э. опубликованы в 15 научных работах, из них работ, опубликованных в рецензируемых научных изданиях (из перечня ВАК) - 4, в изданиях индексируемых в РИНЦ - 7, в том числе 3 единоличных работы без соавторов, 4 объекта интеллектуальной собственности.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 70 наименований, трех приложений. Объем работы: 157 страниц текста, включая 46 рисунков и 10 таблиц. Приложение к диссертации занимает 63 страницы.

Глава 1

АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ, ДЕФЕКТОВ И ПРИЧИН

НЕСТАБИЛЬНОСТИ ПАРАМЕТРОВ ТЕНЗОРЕЗИСТИВНЫХ

ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ

В данной главе рассмотрены тензорезисторы, их параметры, топология чувствительного элемента, методы получения тензорезистивных пленок и исследованы факторы, влияющие на метрологические характеристики тонкопленочных резисторов.

1.1. Тензорезистивные датчики давления. Конструкция и основные

ПАРАМЕТРЫ

Тензорезисторные датчики давления широко применяются в различных измерительных системах [1]. Их принцип действия основан на преобразовании деформации упругого элемента (мембрана) в изменение электрического сопротивления тензорезисторов с последующим преобразованием этого изменения в выходной сигнал (ток или напряжение) [2 ,3].

Тензорезисторные тонкопленочные датчики давления имеют широкий диапазон рабочих температур от минус 200 до +300 С, отличаются простотой конструкции, обладают высокими метрологическими характеристиками в широком диапазоне температур, могут эксплуатироваться в жестких условиях (вибрации, удары), обладают высокой временной стабильностью градуировочной характеристики [3, 4, 5]. Тонкопленочные тензорезисторные датчики давления (ТДД) обладают оптимальным сочетанием метрологических, конструктивных, технологических характеристик с наивысшей устойчивостью к воздействию влияющих факторов по сравнению с датчиками аналогичного назначения других принципов преобразования [4, 6].

Электрическое сопротивление тензорезистора изменяется как за счет изменения его геометрических размеров, так и за счет изменения удельного сопротивления материала. В случае одноосного напряжения относительное изменение сопротивления йК/К будет[7]

dR/R = (1+2л)dl/l+dр/р,

где I - длина элемента, р - удельное сопротивление, л - коэффициент Пуассона.

При деформации удельное сопротивление изменяется по следующим причинам:

- изменение взаимодействия между электронами и упругими волнами в кристаллической решетке в связи с тем, что деформация искажает порядок кристаллической решетки, изменяет амплитуду колебаний атомов, и, вследствие этого, меняется длина свободного пробега электронов и их подвижность;

- изменение энергии Ферми, что приводит к изменению числа электронов- носителей тока;

- изменение зонной структуры, обусловленное перекрытием и сближением отдельных зон;

- возникновение новых кристаллических модификаций.

Широкое применение тензорезисторных датчиков обуславливает необходимость работы в широком диапазоне температур, как следствие, существенное влияние на тензоэффект оказывает температура [8]. Удельное сопротивление можно представить в виде

Р= Р0 + Рг(Тг),

где р0 - остаточное удельное сопротивление тензорезистора, не зависящее от температуры (определяется степенью чистоты и напряженности материала), р(Т) - идеальное сопротивление, зависящее от температуры. Приращение сопротивления за счет р0 при увеличении давления имеет

положительный знак, а за счет р(Т) -отрицательный знак, и в зависимости от сочетания их значений может с изменением температуры менять знак [9].

Тензоэффект, температурный эффект сопротивления (ТКС) и температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) оказывают существенное влияние на характеристики резистивных элементов, в различных применениях их влияние изменяется от основного до дестабилизирующего [8, 10, 11].

В настоящее время конструкция ТДД хорошо известна. Структурная схема ТДД представлена на рисунке 1.1. Измеряемое давление Р посредством мембранного чувствительного элемента (ЧЭ) преобразуется в относительную деформацию еь воспринимаемую тензорезистором, и далее преобразуется в относительное изменение сопротивления тензорезистора ег, преобразуемое в измерительной цепи в величину выходного напряжения ивых.

Рисунок 1.1- Структурная схема ТДД.

ЧЭ ТДД может представлять собой твердотельную гетероструктуру с определенной упругой характеристикой. Мембрана с тензомостом предназначены для последеющей передачи преобразованной величины давления измерительному преобразователю [12]. Это обусловлено тем, что ЧЭ датчиков давления на основе электрических методов никогда не является последним в цепи преобразования измеряемой величины. Передача преобразованной величины давления осуществляется таким образом, что ЧЭ

ТДД выполняет задачу согласования своей выходной величины с входной величиной вторичного преобразователя, за счет использования в своей конструкции специальных настроечных и балансировочных элементов [13]. На рисунке 1.2 представлена схема основных частей ТДД.

Приемная \Внутренняя ! аЬ, У

полость поноет* ^ '

Рисунок 1.2 - Схема основных составных частей конструкции тонкопленочного

тензорезисторного ДД, где 1 - воспринимающий элемент; 2 - корпус; 3 - кабель; 4 - контактная колодка; 5 - металлостеклянный гермопереходник; 6 - втулка; 7 - внешний разъём датчика; Я^ал - резистор для подгонки начального выходного сигнала датчика; — резистор для подгонки чувствительности датчика.

Основным узлом ТДД является ЧЭ, выполняющий функцию передачи преобразованной в электрический сигнал величины давления вторичному преобразователю, и являющийся воспринимающим элементом, на мембране которого методом тонкопленочной технологии нанесены последовательно диэлектрик, тензорезисторы, термокомпенсационный резистор и контактные площадки [14,15].

Основными метрологическими характеристиками (МХ), определяющими стабильность ТДД и применимость в информационно-измерительных системах являются:

- погрешность начального выходного сигнала в условиях хранения;

- погрешность начального выходного сигнала в условиях эксплуатации,

- приведенное значение коэффициента функции влияния температуры на начальный выходной сигнал.

Для выявления причин высоких значений погрешностей выходного сигнала ТДД целесообразно рассмотреть топологию ЧЭ ТДД.

1.2. Основные виды тонких тензорезистивных пленок ЧЭ ТДД

Тонкие пленки (толщиной не более 1 мкм) активно используются в

технологии создания элементов микромеханических датчиков давления (МДД) [16,17,18].

Тонкие пленки можно разделить на две категории - металлические и неметаллические пленки. Им свойственны различные способы нанесения и функциональные назначения. Металлические пленки используются в качестве токопроводящих дорожек, резисторов и контактных площадок в конструкциях МДД. Неметаллические пленки чаще применяются в качестве изолирующих слоев [19].

В качестве металла дорожек и контактных площадок применяется золото или алюминий, обладающие высокой адгезией и электропроводностью, наличием необходимых свойств для проведения операций микросварки золотыми и алюминиевыми проводниками [20]. При этом в качестве резистивного материала применяют тонкие пленки высокоомных металлов и сплавов (нихром, молибден, рениевые сплавы).

Примером таких микромеханических датчиков может служить датчик давления, в котором металлические тонкие пленки используются в качестве тензорезисторов и контактных площадок. Как пример, это могут быть тензорезистивные гетероструктуры хром-никель (пленка из сплава Х20Н75Ю) и контактные площадки из золота. Диэлектриком, защищающем измерительную схему от соприкосновения с металлическим воспринимающим

элементом (подложкой), могут выступать тонкие пленки моноокиси кремния ^Ю) или двуокиси кремния ^Ю2) [21].

Общими требованиями к неметаллическим изолирующим пленкам является отсутствие примесной проводимости, отсутствие электронной и ионной проводимости в электрических полях, что непосредственно связано с ростом диэлектрических пленок, т.е. чистотой технологического процесса формирования [22,23,24].

В таблице 1.1 представлены исследования применения тонких пленок в конструкциях микромеханических датчиков датчиков.

Таблица 1.1 - Применение тонких пленок в конструкциях и технологии микромеханических датчиков.

Функциональное назначение слоя Неметаллические пленки Металлические пленки

8102 810 81С Алмазные пленки А1 Аи Сг N1

Изолятор + + +

Защитные пленки +

Проводящие слои + + + + + +

Для всех типов пленок в различных конструкциях и технологиях изготовления общими остаются следующие необходимые условия:

- способность к формированию требуемой топологии обычными методами фотолитографии.

- хорошая адгезия к подложке;

- минимальное количество посторонних включений. Исследованные варианты использования тонких металлических и

неметаллических пленок в технологиях изготовления и конструкциях микромеханических датчиков показывают, что возможны различные сочетания видов тонких пленок при их изготовлении [25, 26]. Во всех сочетаниях тонких пленок существует вероятность наличия процессов деградации, диффузии

тонких пленок, что в свою очередь влияет на стабильность электрических параметров [27].

Совокупность технологических операций, составляющих технологический маршрут изготовления ЧЭ микромеханических датчиков, включает в себя подготовку поверхности подложки, формирование пленок на подложку и конфигураций тонкопленочных элементов. Конструкция простейшей тонкопленочного ЧЭ представлена на рисунке 1.3.

Рисунок 1.3 - Схематичное изображение структуры тонкопленочного ЧЭ,

где 1 - подложка, 2 - изолирующий слой, 3 - тензорезистор; 4 -контактная площадка.

Подложки служат механическим основанием для размещения тонкопленочных элементов. Для обеспечения необходимых электрических параметров к подложкам ТДД предъявляются следующие требования:

- высокий коэффициент теплопроводности для отвода тепловых нагрузок;

- наличие необходимой химической инертности к осаждаемым материалам;

- стойкость к воздействию химических реактивов в производственных процессах изготовления ТДД;

- высокая механическая прочность, обеспечивающая целостность подложки в процессах изготовления и эксплуатации ТДД;

- возможность механической обработки (полировке, резке).

Материалы подложек и нанесенные на них тонкие пленки должны иметь

согласованные температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР) для предотвращения механических напряжений в пленках, порождающих отслаивание и растрескивание при температурном воздействии на подложку

после нанесения на нее пленок. Структура материала подложки и состояние ее поверхности существенно влияют на структуру сформированной тонкой пленки [28,29].

Для тонкопленочных ЧЭ толщиной пленок около 100 нм допускается высота микронеровностей приблизительно 25 нм, следовательно, чистота обработки поверхности должна соответствовать классу шероховатости не ниже Я2 0,05. Толщина подложек составляет 0,3 - 0,6 мм.

Анализ основных свойств сплавов приведен в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Свойства сплавов, применяемых в ЧЭ ТДД.

Наименование сплава ТКЛР Х10-6 1/град. Модуль упругости Е, ГПа Предел упругости опр, МПа Коэффицие нт Пуассона Ц ТКМУ Х10-6 1/град.

36НХТЮ 27,0-29,0 180 650-750 0,25 200 - 250

44НХТЮ 8,0 177-181 680-700 0,32 30

37НКВТЮ 8,3-8,6 158-160 700-750 0,27 -60 - +100

70НХБМЮ 11,4-14,5 215 785-900 0,31 260

29Н26КХТБЮ 8,5 160-180 700 0,3 20-70

Более всего удовлетворяют перечисленным требованиям железо-никель-хромовый сплав типа 36НХТЮ и сплав типа 29Н26КХТБЮ. Они характеризуются повышенной стойкостью к микропластическим деформациям, обладают минимальным гистерезисом, отличаются высокой пластичностью и повышенной термостойкостью, коррозионностойкостью в химических смесях, используемых в процессе изготовления ТДД. Недостатком сплава 36НХТЮ является довольно высокая величина ТКЛР и худший показатель по термическому коэффициенту модуля упругости (ТКМУ). Меньшей коррозионной стойкостью характеризуется сплав 29Н26КХТБЮ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Уткин Кирилл Эдуардович, 2022 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Белозубов Е.М. Перспективные тонкопленочные тензорезисторные датчики давления для ракетной и авиационной техники//Измерительная техника. - 2004. - № 5. - С. 37-41.

2. Кечиев Л.Н. Проектирование печатных плат для цифровой быстродействующей аппаратуры. М.: Издательский Дом Технологии, Группа ИДТ, 2007. - 617с.

3. Уткин К.Э. Управляемый синтез тонких пленок, полученных методом магнетронного распыления/ Уткин К.Э., Торгашин С. И., Хошев А.В.//Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. -№2-2018. -С.41-46.

4. Уваров А.С. P-CAD. Проектирование и конструирование электронных устройств. - М.: Горячая Линия - Телеком, 2004. -760с.

5. Коновалов, Л.И. Элементы и системы электроавтоматики: учеб. пособие / Л.И. Коновалов, Д.П. Петелин // - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш.шк., 1985. - 216 с.

6. Датчики давления пьезоэлектрические «Т». Руководство по эксплуатации. - Нижний Тагил: ФКП «НТИИМ», 2016 - 35 с.

7. Клокова Н.П., Лукашин А.В., Волчек А.В. Тензодатчики для экспериментальных исследований. - М.: Машиностроение, 1972, 304 с.

8. Mikhaylov, P. G. Microelectronic Sensors for the Aircraft and Space-Rated Equipment / P. G. Mikhaylov, A. O. Kassimov, M. A. Khizirova // International Journal of Advanced Biotechnology and Research (IJBR). - 2017. -Vol. 8, iss. 4. - P 123-151.

9. Баринов И. Н., Волков В.С., Цыпин Б.В., Евдокимов С.П. Разработка и изготовление микроэлектронных датчиков давления для особо жестких условий эксплуатации // Датчики и системы. - 2014. - № 2. - с. 49 - 61.

10. Аверин И.А., Волохов И.В., Мокров Е.А., Печерская Р.М., Влияние переходных процессов в тонкопленочной гетероструктуре на надежность чувствительных элементов тензорезисторных датчиков давления / Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. №2, 2008, C.123-124.

11. Патент RU 2722213 Уткин К.Э., Колосов П.А., Торгашин С.И., Степанов С.В., Способ стабилизации резисторов. - 2020.

12. Уткин К.Э. Коррекция характеристик чувствительных элементов датчиков давления / Б.В.Цыпин, С.А.Здобнов, Уткин К.Э. //Журнал «Известия Самарского научного центра Российской академии наук» - 2022. - Т.24. - N. 4. -C. 124-130.

13. Уткин К.Э. Технологии создания микромеханических датчиков и тонкие пленки в их конструкциях/Уткин К.Э., Пауткин В.Е.// Приборы-2020. -№4(238). -С.9-13.

14. Васильев В.А., Юлоськов Р.В. Исследование возможности повышения чувствительности тонкопленочного тензорузисторного датчика давления в виде мембраны с жестким центром // Современная техника и технологии. 2017. № 5 [Электронный ресурс]. URL: https://technology.snauka.ru/2017/05/13452.

15. Белозубов Е.М. Васильев В. А. Нано- и микроэлектромеханические системы тонкопленочных датчиков давления. Принципы построения и перспективы использования // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. - 2009. - №. 9. - С. 26 - 32.

16. Briand D, Heimgartner S, Leboeuf M M D and Rooij N F D 2002 Processing influence on the reliability of platinum thin films for MEMS applications Proceeding of Materials Research Society Symposium 729 doi: 10.1557/proc-729-u2.5.

17. Li M and Hu T 2020 Research status and development trend of MEMS S&A devices: A review Defence Technology doi: 10.1016/j.dt.2020.02.014.

18. Kuribayashi K and Kitamura S 2001 Preparation of Pt-PtOx thin films as electrode for memory capacitors Thin Solid Films 400(1-2) doi: 10.1016/S0040-6090(01)01503-6.

19. Дж. Поута Дж. Поута, К. Ту, Дж. Мейера Тонкие пленки, взаимная диффузия и реакции / под ред. - М.: Мир, 1982. - 576 с.

20. Masami Ishikawa and al. Preparation of Cu-Ni Film Resistors with Low Resistivity and Low TCR The International Journal of Surface Engineering and Coatings Volume 78, 2000 - Issue 2, Pages 86-88 | Published online: 08 May https://doi.org/10.1080/00202967.2000.11871314

21. Белозубов Е.М. Белозубова Н. Е., Васильев В. А. Тонкопленочные тензорезисторные микроэлектромеханические системы с идентичными тензоэлементами // Нано-и микросистемная техника. - 2009. - № 10. - С. 34 -39.

22. Ngo, Ha-Duong, Oswin Ehrmann, Martin Schneider-Ramelow and Klaus-Dieter Lang 2019 J.Modern Sensing Technologies 231

23. Okojie R S, Savrun E, Nguyen P, Nguyen V and Blaha C 2004 J. Sensors IEEE (pp. 635-638)

24. Sandvand A, Halvorsen E, Aasmundtveit K E and Jakobsen H 2015 Prco.Int.Conf.on European Microelectronics Packaging (Friedrichshafen:Germany/IEEE) p 1

25. Дж. Поута Дж. Поута, К. Ту, Дж. Мейера Тонкие пленки, взаимная диффузия и реакции / под ред. - М.: Мир, 1982. - 576 с.

26. Чебурахин, И.Н. Способ повышения стабильности тонкопленочных тензорезисторов / И.Н.Чебурахин, П.А.Колосов // Датчики и системы. - 2012. -№10 - С.23-25.

27. Уткин К.Э. Способы стабилизации тонкопленочных резисторов. Недостатки преимущества/Уткин К.Э.// Сборник статей международной научно-технической конференции "Шляндинские чтения-2020" УДК 621.317.083-088.М54. С.338-342 (тезисы докладов).

28. Уткин К.Э. Влияние температуры подложки на значение температурного коэффициента сопротивления (ТКС) и структуру резистивной пленки из сплава П65ХС/Уткин К.Э., Здобнов С.А., Цыпин Б.В.//ХХХ1У Международная научно-техническая конференция "Проблемы автоматизации и управления в технических системах"-2021.С.41-45.

29. Zandman F, Simon P-R, Szwarc J. Resistor theory and technology. Park Ridge [NJ]: SciTech Publishing Inc.; 2001.

30. Аверин И.А., Волохов И.В., Мокров Е.А., Печерская Р.М., Влияние переходных процессов в тонкопленочной гетероструктуре на надежность чувствительных элементов тензорезисторных датчиков давления / Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. №2, 2008, C.123-124.

31. R.W. Kuehl, Predictable Components - Stability of Thin Film Resistors, Proceedings CARTS-USA 2000 Huntington Beach (2000) 155 -161. 1. R.W.

32. Kuehl, Stability of Thin Film Resistors - Prediction and Differences Based on Time-Dependent Arrhenius Law, Microelectronics Reliability 49 (2009) 51-58.

33. Schmidl G, Dellith J, Kessler E and Schinkel U 2014 The influence of deposition parameters on Ti/Pt film growth by confocal sputtering and the temperature dependent resistance behavior using SiO x and Al 2 O 3 substrates Appl. Surf. Sci. 313 doi: 10.1016/j.apsusc.2014.05.203.

34. Garraud A, Combette P and Giani A 2013 Thermal stability of Pt/Cr and Pt/Cr2O3 thin-film layers on a SiNx/Si substrate for thermal sensor applications Thin Solid Films 540 doi: 10.1016/j.tsf.2013.06.012.

35. Lee J S, Park H D, Shin S M and Park J W 1997 Agglomeration phenomena of high temperature coefficient of resistance platinum films deposited by electron beam evaporation J. Mater. Sci. Lett. 16(5) doi: 10.1023/A:1018562505640.

36. Connors K. Chemical kinetics. VCH Publishers; 1990. p. 63-4.

37. Coleman M. Ageing mechanism and stability in thick film resistors. In: Proceedings of the Fourth European Hybrid Microelectronics Conference, Copenhagen (Denmark); May 1983. p. 20-30.

38. Dziedzic A. Thick film resistors with IrO2 and CaIrxTi1xO3 - examples of chemically reactive and unreactive systems. Microelectron J 1989;19(6): 24-42.

39. De Schepper L, De Ceuninck W, Stulens H, Stals LM, Vanden Berghe R, Demolder S. A new approach to the study of the intrinsic ageing kinetics of thick film resistors. Hybrid Circuits 1990;23:5-13.

40. Au CL, Anderson WA, Schmitz DA, Flassayer JC, Collins FM. Stability of tantalum nitride thin film resistors. J Mater Res 1990;5:1224-32.

41. Патент SU 1457683 Шишмолин В.Н. , Зеленин В.А. , Покрышкин А.И. /Устройство импульсной стабилизирующей обработки пленочных резисторов Опубл. 27.05.2012 -Бюл.№15.

42. Уткин К.Э. Особенности построения оборудования для выявления потенциально ненадежных тонкопленочных резисторов импульсно-токовым методом./Уткин К.Э., Торгашин С. И., Цыпин Б.В.,Соловьева Е.М., Уткин Е.Э.//Надежность и качество 2021: труды международного симпозиума/ под ред. проф. Юркова. -Пенза:Изд-во ПГУ,2021.С.56-61.

43. Устройство стабилизации резисторов (Патент РФ на изобретение)/ Уткин К.Э., Колосов П.А., Торгашин С.И., Суханкин Д.Ю., Степанов С.В., Майоров А.В.//Заявитель и патентообладатель АО "НИИФИ", г. Пенза. -№2747115.Опубл. 27.04.2002.

44. Уткин К.Э. Информационно-измерительная и управляющая система импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления/ К.Э.Уткин, Б.В. Цыпин// Известия высших учебных заведений .Поволжский регион.Технические науки .-№3-2022.-C.57-64.

45. Гутников В. С., Интегральная электроника в измерительных устройствах. - Л.: Энергия. Ленингр. отделение, 1990. -247 с.

46. Браун, М. Источники питания. Расчет и конструирование.: Пер. с англ. - К.:"МК-Пресс", 2007.-288 с.: ил. ISBN 966-8806-01-8 (рус.)

47. Belozubov, E. M. Problems and basic research directions in the field of thin-film nanoand microelectromechanical systems of pressure sensors / E. M. Belozubov, V. A. Vasil'ev, N. V. Gromkov // Automation and Remote Control. -2010. - Vol. 72, № 11. - P. 312-344.

48. De Schepper L, De Ceuninck W, Lekens G, Stals LM, Vanhecke B, Roggen J, et al. Accelerated ageing with in situ electrical testing: a powerful tool for the building-in approach to quality and reliability in electronics. Qual Reliab Int 1994;10:15-26.

49. Ozhikenov, K. A. Development of Technologies, Methods and Devices of the Functional Diagnostics of Microelectronic Sensors Parts and Components / K. A. Ozhikenov, P. G. Mikhailov, R. S. Ismagulova // 13th Intemati onal Scientific-Technical Conference onActual Problems of Electronic Instrument Engineering (A PEIE). - 2016. - Vol. 1. - P. 62-79.

50. Патент RU 2306625 Колосов П.А., Зеленцов Ю.А., Ворожбитов А.И., Мокров Е.А., Способ стабилизации и подгонки тонкопленочных резисторов и устройство для его осуществления. - 2006.

51. Пономарев В.Н., Плеханов М.М. Термостабилизация тонкопленочных резисторов для датчиков давления/ Труды МЕЖДУНАРОДНОГО СИМПОЗИУМА "НАДЕЖНОСТЬ И КАЧЕСТВО", Пенза, 2020, с. 45-49

52. Lin X, et al. 2019 The impact of thermal annealing on the temperature dependent resistance behavior of Pt thin films sputtered on Si and Al2O3 substrates Thin Solid Films 685 doi: 10.1016/j.tsf.2019.06.036.

53. Firebaugh S L, Jensen K F and Schmidt M A 1998 Investigation of high-temperature degradation of platinum thin films with an in situ resistance measurement apparatus J. Microelectromechanical Syst. 7(1) doi: 10.1109/84.661395.

54. Чебурахин И.Н. Способ повышения стабильности тонкопленочных тензорезисторов / И.Н.Чебурахин, П.А.Колосов // Датчики и системы. - 2012. -№10 - а 23-25.

55. Чебурахин, И.Н. Способ повышения стабильности тонкопленочных тензорезисторов / И.Н.Чебурахин, П.А.Колосов // Датчики и системы. - 2012. -№10 - С.23-25.

56. Чебурахин И.Н. Оборудование для пакетной импульсно-токовой стабилизации тонкопленочных тензорезисторов /И.Н.Чебурахин // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. - 2017. - 2(20) - С.14-17.

57. Волохов, И.В. Опыт применения новых технологических методик для повышения стабильности параметров тонкопленочных тензорезисторных датчиков давления, используемых в РКТ / И.В.Волохов, П.А.Колосов,

58. Волохов, И.В. Опыт применения новых технологических методик для повышения стабильности параметров тонкопленочных тензорезисторных датчиков давления, используемых в РКТ / И.В.Волохов, П.А.Колосов, И.Н.Чебурахин // Труды Международного симпозиума Надежность и качество. - 2011. - Т. 2. - С 414-418.

59. Патент RU 2211471 Российская Федерация Кадников Л.Н.,Живодров С. Н.,Сорокин М.Н.,Глухов А. Г.,Логунов М.В.,Александрова В. Н., Ембулаева Т.В.,Лакейкина Т.Н./Блок контроля и управления. Опубл. 27.04.2006.

60. Белозубов Е.М. Перспективные тонкопленочные тензорезисторные датчики давления для ракетной и авиационной техники//Измерительная техника. - 2004. - № 5. - С. 37-41.

61. Программа управления устройством импульсно-токовой обработки тонкопленочных резисторов. (Программа для ЭВМ) /Уткин К.Э.,Майоров А.В., Суханкин Д.Ю., Степанов С.В.//Заявитель и патентообладатель АО "НИИФИ", г. Пенза. -№2020661118, заявл. 11.09.2020, св-во от государственной регистрации 18.09.2020.

62. Программа управления автоматизированной системой импульсно-токовой обработки тонкопленочных резисторов.(Программа для ЭВМ)/Уткин К.Э., Перов А.В., Суханкин Д.Ю., Уткин Е.Э.//Заявитель и патентообладатель АО "НИИФИ", г.Пенза. -№2021618214, св-во от государственной регистрации 25.05.2021.

63. Комплекс программно-аппаратных средств автоматизации управления технологическим процессом токовой обработки тонкопленочных резисторов (полезная модель)/Уткин К.Э.// Заявка № 2021128030 от 23.09.2021

64. Уткин К.Э., Цыпин Б.В. Алгоритм работы информационно -измерительной и управляющей системы импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления // Сборник статей международной научно-технической конференции "Шляндинские чтения-2022" С.159-163 (тезисы докладов).

65. Уткин К.Э. Колосов П.А., Цыпин Б.В., Макаров И.В. Теоретические аспекты импульсно-токовой стабилизации сопротивления тонкопленочных резисторов первичных преобразователей// Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. -№4-2020.-С.58-64.

66. Уткин К.Э. Способ импульсно-токовой диффузии тонкопленочных резисторов// Сборник статей международной научно-технической конференции "Шляндинские чтения-2019" УДК 621.317.083-088.М54. С.288-292 (тезисы докладов).

67. Способ стабилизации резисторов (Патент РФ на изобретение), Уткин К.Э., Колосов П.А., Торгашин С.И., Степанов С.В.//Заявитель и патентообладатель АО "НИИФИ", г. Пенза. -№ 27722213, заявл. 27.08.2019, опубл. 28.05.2020, бюл.№16.

68. Болгарский А.В., Мухачев Г.А., Щуки В.К. Термодинамика и теплопередача / под ред. - М.: Высшая школа, 1975. - 496 с.

69. Михеев М.А, Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип / под ред. - М.: Энергия, 1977. - 344 с

70. Михеев М.А, Михеева И.М. Основы теплопередачи. Изд. 2-е, стереотип / под ред. - М.: Энергия, 1977. - 344 с

Приложение А Акты внедрения

УТВЕРЖДАЮ

отель 1енералъного директора-№ коиаруктор, к.т.н

Л I/ '

'\\ IС/

'| \Л С.А.Москалев

) 1'1 I

' Ц I _2022 г.

С.А.Москалей

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы К.Э.Уткина «Система управления импульсно-токовой стабилизацией параметров тензорезистивных датчиков давления», представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 2.2.11 Информационно-измерительные и управляющие

системы (технические науки)

Настоящим удостоверяется, что результаты диссертационной работы К.Э.Уткина использованы в АО «НИИФИ» при изготовлении чувствительных элементов тонкопленочных тензорезистивных датчиков давления типа Вт 212 с целью проведения типовых испытаний в соответствии с требованиями ГОСТ РВ 15.307 и подтверждения тактико-технических характеристик необходимым требованиям с последующим применением в серийном производстве тонкопленочных датчиков давления».

Разработанные К.Э Уткиным способ импульсно-токовой обработки, структурные схемы, алгоритмы функционирования и программное обеспечение использованы в разработке системы импульсно-токовой обработки применяемой при изготовлении чувствительных элементов тонкопленочных датчиков давления. Использование разработанной системы позволило улучшить тактико-технические характеристики тонкопленочных датчиков давления.

Начальник цеха 54

Согласовано:

Заместитель генерального директора по производству, к.т.н

об использовании результатов диссертационной работы Уткина Кирилла Эдуардовича, представленной на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Настоящей справкой подтверждается использование в образовательном процессе ФГБОУ ВО «Пензенский государственный университет» при подготовке бакалавров по направлению 12.03.01 «Приборостроение» (профиль «Информационно-измерительная техника и технологии») следующих результатов диссертационной работы Уткина Кирилла Эдуардовича, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук:

системы импульсно-токовой стабилизации параметров тензорезистивных датчиков давления и алгоритма ее работы применяются при проведении практических и лекционных занятий по дисциплинам «Информационно-измерительные системы» и «Датчики физических величин» на кафедре «Информационно-измерительная техника и метрология», а также по дисциплине «Датчиковая аппаратура» при целевой подготовке студентов в интересах Роскосмоса для АО «Научно-исследовательский институт физических измерений» (г. Пенза);

воздействия на тензорезисторы с целью стабилизации параметров датчиков давления и предложенные принципы поэтапного, послойного воздействия применяются при проведении лабораторных и лекционных занятий по дисциплине «Технология приборостроения» на кафедре «Информационно-измерительная техника и метрология», а также по дисциплинам «Моделирование датчиковой аппаратуры» и «Проектирование датчиковой аппаратуры» при целевой подготовке студентов в интересах Роскосмоса для АО «Научно-исследовательский институт физических измерений».

Заведующий кафедрой

«Информационно-измерительная техника и метроло

описания структуры информационно-измерительной и управляющей

аналитические соотношения для расчета параметров импульсного

д.т.н., профессор

Заместитель заведующего кафедрой «Ракетно-космическое и авиационное приборостроенш к.т.н.

В.В. Кикот

Приложение Б Листинг программы управления в LabView

actionsjoop

ios

actionsjoop

l2o

|tor_m a i n_a rray_va I u e_R5(sost) .vi |

|tor_stop?.vi I

|tor_WORK.CORE.vi|

? s g

g g g

Ûlilio

I I ç

I & I

Приложение В Программа управления модулем ТОР ИИУС

Модуль "main.c"

#include <stdio.h> #include "MDR32F9Qx_config.h" #include "MDR32Fx.h" #include "MDR32F9Qx_port.h" #include "MDR32F9Qx_rst_clk.h" #include "MDR32F9Qx_it.h" #include "MDR32F9Qx_timer.h" #include <stdlib.h> #include <math.h> #include <init.h> #include <delay.h>

#include "usbhw_MDR32F9x.h" #include "usbdesc_cdc.h" #include "cdc.h"

#include "usb.h"

#include "usbcfg_MDR32F9x.h" #include "usbcore.h" #include "cdcuser.h" #include "serial.h"

#include "systick.h"

#include "global_var.h"

#define ALL_PORTS_CLK (RST_CLK_PCLK_PORTA | RST_CLK_PCLK_PORTB | \ RST_CLK_PCLK_PORTC | RST_CLK_PCLK_PORTD | \ RST_CLK_PCLK_PORTE | RST_CLK_PCLK_PORTF)

#define TRUE 1 #define FALSE 0

void Clock_Configure(void)

{

RST_CLK_HSEconfig(RST_CLK_HSE_ON);

RST_CLK_CPU_PLLconfig(RST_CLK_CPU_PLLsrcHSEdiv1, RST_CLK_CPU_PLLmul 10); RST_CLK_CPU_PLLcmd(ENABLE);

RST_CLK_CPUclkPrescaler(RST_CLK_CPUclkDIV1); RST_CLK_CPU_PLLuse(ENABLE);

RS T_CLK_CPUclkSelecti on(RS T_CLK_CPUclkCPU_C3); SystemCoreClockUpdate();

RST_CLK_PCLKcmd(ALL_PORTS_CLK, ENABLE);

}

void ind_led(char ind, char pulse)

{

MDR_PORTB->RXTX &= ~PORT_Pin_5; MDR_PORTB->RXTX &= ~PORT_Pin_6; MDR_PORTB->RXTX &= ~PORT_Pin_7;

switch(ind)

{

case 'g': MDR_PORTB->RXTX |= PORT_Pin_5; break; case 'r': MDR_PORTB->RXTX |= PORT_Pin_6; break; case 'y': MDR_PORTB->RXTX |= PORT_Pin_7; break;

}

if (pulse) MDR_TIMER1 ->CNTRL=1; else MDR_TIMER1 ->CNTRL=0;

}

void ind_dig(char ind)

{

uint8_t temp_ind;

switch(ind)

{

case '0': temp_ind=0x08; break; case '1': temp_ind=0xea; break; case '2': temp_ind=0x44; break; case '3': temp_ind=0x60; break; case '4': temp_ind=0xa2; break; case '5': temp_ind=0x30; break; case '6': temp_ind=0x10; break; case '7': temp_ind=0x6a; break; case '8': temp_ind=0x00; break; case '9': temp_ind=0x20; break; case 'U': temp_ind=0x88; break; case 'C': temp_ind=0x14; break; case 'n': temp_ind=0x0a; break; case 'P': temp_ind=0x06; break; case 'F: temp_ind=0x1e; break; default: temp_ind=0xff;

MDR_PORTD->RXTX &= ~PORT_Pin_1;//CS ind MDR_S SP2->DR = temp_ind;

while (MDR_SSP2->SR&0x 10) {}; //проверка активности MDR_PORTD->RXTX |= PORT_Pin_1;//CS ind

}

//new_state_relay 0 - off, 1 - on

uint8_t dr_relay(uint8_t num_relay_en, uint8_t state_relay_mes) {

uint8_t state_relay=0;

if (num_relay_en) state_relay |= (1 << (num_relay_en+1));

if (state_relay_mes) {

state_relay |= 0x80;

}

MDR_PORTD->RXTX &= ~PORT_Pin_0;//CS relay MDR_S SP2->DR = state_relay;

while (MDR_SSP2->SR&0x 10) {}; //проверка активности MDR_PORTD->RXTX |= PORT_Pin_0;//CS relay

if (state_relay_mes)

MDR_PORTA->PULL MDR_PORTA->PULL

if (state_relay&0x7c)//включить pulldown

&= ~PORT_Pin_5;//выключить pullUP |= PORT_Pin_5;//включить pulldown

MDR_PORTA->PULL MDR_PORTA->PULL

else

MDR_

MDR_

MDR_

MDR_

MDR_

MDR_

MDR_

MDR_

MDR_

MDR_

PORTAPORTAPORTAPORTAPORTAPORTAPORTAPORTAPORTAPORTA-

>PULL >PULL >PULL >PULL >PULL >PULL >PULL >PULL >PULL >PULL

&= ~(1 << (num_relay_en-1+16));//выключить pullUP |= (1 << (num_relay_en-1));//включить pulldown

//включить pullUP

&= ~PORT_Pin_0;//выключить pulldown &= ~PORT_Pin_1;//выключить pulldown &= ~PORT_Pin_2;//выключить pulldown &= ~PORT_Pin_3;//выключить pulldown &= ~PORT_Pin_4;//выключить pulldown |= PORT_Pin_0;//включить pullUP |= PORT_Pin_1;//включить pullUP |= PORT_Pin_2;//включить pullUP |= PORT_Pin_3;//включить pullUP |= PORT_Pin_4;//включить pullUP

delay_us(200);

if (state_relay_mes && state_relay&0x7c) {

if (!(MDR_PORTA->RXTX & (1 << (num_relay_en-1))) || !(MDR_PORTA->RXTX &

PORT_Pin_5)) return 1;

}

else if ((!state_relay_mes) && state_relay&0x7c) {

if (!(MDR_PORTA->RXTX & (1 << (num_relay_en-1))) || (MDR_PORTA->RXTX &

PORT_Pin_5)) return 1;

}

else if (state_relay_mes && !(state_relay&0x7c)) {

if (!(MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_5)

|| (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_4) || (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_3) || (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_2) || (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_1) || (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_0))return 1;

}

else if ((!state_relay_mes) && !(state_relay&0x7c)) {

if ( (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_5)

|| (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_4) || (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_3) || (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_2) || (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_1) || (MDR_PORTA->RXTX & PORT_Pin_0))return 1;

}

return 0;

}

uint8_t test_relay (void)

{

uint8_t i; dr_relay(0,0);

for (i=1;i<6;i++) {

ind_dig(i+0x30); if (dr_relay(i,0)) return i; if (dr_relay(0,0)) return i;

}

ind_dig('6');

if (dr_relay(0,1)) return 6; if (dr_relay(0,0)) return 6;

return 0;

}

uint8_t all_test(void)

{

uint8_t num_err=0; uint8_t test_adc_dac=0; uint16_t adc_data;

ind_dig('n');

usb_cdc_tx_buf[0]='S';

usb_cdc_tx_buf[ 1]='t';

usb_cdc_tx_buf[2]='a';

usb_cdc_tx_buf[3]='r';

usb_cdc_tx_buf[4]='t';

usb_cdc_tx_buf[5]=' ';

usb_cdc_tx_buf[6]='t';

usb_cdc_tx_buf[7]='e';

usb_cdc_tx_buf[8]='s';

usb_cdc_tx_buf[9]='t';

usb_cdc_tx_buf[10]=' ';

usb_cdc_tx_buf[11]='s';

usb_cdc_tx_buf[ 12]='y';

usb_cdc_tx_buf[13]='s';

usb_cdc_tx_buf[14]='t';

usb_cdc_tx_buf[15]='e';

usb_cdc_tx_buf[16]='m';

usb_cdc_tx_buf[17]=' ';

usb_cdc_tx_buf[18]=' ';

usb_cdc_tx_buf[19]=' ';

usb_cdc_tx_buf[20]='\n';//новая строка

usb_cdc_tx_buf[21 ]='У;//возврат каретки

flag_usb_cdc_data_tx=22;

num_err = test_relay();

if (!num_err)

{

ind_dig('0'); usb_cdc_tx_buf[0]='T'; usb_cdc_tx_buf[ 1 ]='e'; usb_cdc_tx_buf[2]='s'; usb_cdc_tx_buf[3]='t'; usb_cdc_tx_buf[4]=' '; usb_cdc_tx_buf[5]='r'; usb_cdc_tx_buf[6]='e';

usb_cdc_tx_buf[7]='l'; usb_cdc_tx_buf[8]='a'; usb_cdc_tx_buf[9]='y'; usb_cdc_tx_buf[10]=' '; usb_cdc_tx_buf[11]='O'; usb_cdc_tx_buf[12]='K'; usb_cdc_tx_buf[ 13]='\п';//новая строка usb_cdc_tx_buf[14]='\r';//B03BpaT каретки flag_usb_cdc_data_tx= 15; }

else

{

ind_dig('F);

ind_led('r',1);

usb_cdc_tx_buf[0]='E';

usb_cdc_tx_buf[ 1 ]='r';

usb_cdc_tx_buf[2]='r';

usb_cdc_tx_buf[3]='o';

usb_cdc_tx_buf[4]='r';

usb_cdc_tx_buf[5]=' ';

usb_cdc_tx_buf[6]='r';

usb_cdc_tx_buf[7]='e';

usb_cdc_tx_buf[8]='l';

usb_cdc_tx_buf[9]='a';

usb_cdc_tx_buf[ 10]='y';

usb_cdc_tx_buf[11]=' ';

usb_cdc_tx_buf[ 12]=0x3 0+num_err;

usb_cdc_tx_buf[ 13]='\п';//новая строка

usb_cdc_tx_buf[14]='\r';//B03BpaT каретки

flag_usb_cdc_data_tx= 15;

return 2; }

ind_dig('0'); num_err=0;

for (test_adc_dac= 1;test_adc_dac< 16;test_adc_dac++) {

MDR_DAC->DAC2_DATA =test_adc_dac<<8; delay_us(100);

adc_data = ((MDR_ADC->ADC1_RESULT & 0x0fff)+test_adc_dac)>>8;

if ((adc_data)!=(test_adc_dac)) {

num_err=test_adc_dac; break;

}

MDR_DAC->DAC2_DATA =0;

if (num_err)

{

ind_led('r',1);

ind_dig('U');

usb_cdc_tx_buf[0]='E';

usb_cdc_tx_buf 1 ]='r';

usb_cdc_tx_buf[2]='r';

usb_cdc_tx_buf[3]='o';

usb_cdc_tx_buf[4]='r';

usb_cdc_tx_buf[5]=' ';

usb_cdc_tx_buf[6]='U';

usb_cdc_tx_buf[7]=' ';

usb_cdc_tx_buf[8]=0x30+num_err;

usb_cdc_tx_buf[9]='\n';//новая строка usb_cdc_tx_buf 10]='\r';//B03BpaT каретки flag_usb_cdc_data_tx=11; return 1;

}

else

{

ind_dig('0'); usb_cdc_tx_buf[0]='T'; usb_cdc_tx_buf[ 1 ]='e'; usb_cdc_tx_buf[2]='s'; usb_cdc_tx_buf[3]='t'; usb_cdc_tx_buf[4]=' '; usb_cdc_tx_buf[5]='U'; usb_cdc_tx_buf[6]=' '; usb_cdc_tx_buf[7]='O'; usb_cdc_tx_buf[8]='K'; usb_cdc_tx_buf[9]='!'; usb_cdc_tx_buf[ 10]='\n';//новая строка usb_cdc_tx_buf[11]='\r';//B03BpaT каретки flag_usb_cdc_data_tx= 12;

}

return 0;

}

int main (void)

{

Clock_Configure();

LedPinCfg();

RelayPinCfg();

SSP2Setup();

Tim1Setup();//for led's Tim3Setup();//for impulse NVIC_EnableIRQ(Timer1_IRQn); ind_led('y',1); ind_dig('0'); DACcfg(); ADCPinCfg(); dr_relay(0,0);

CDC_Init(1);

MDR_DAC->DAC2_DATA = 0; MDR_TIMER3 ->CNT = 0; MDR_TIMER2->CNT = 0; MDR_TIMER3->CNTRL = 1; /*счет вверх по TIM_CLK, таймер вкл.*/

while (1)

{

if (!(MDR_TIMER3 ->CNTRL & 0x00000001)) break;

}

ind_led('g',1);

while (1)

{

if ((!USB_detect_state) && (MDR_PORTF->RXTX & PORT_Pin_3)) USB_detect_state= 1;

if (USB_detect_state==2 && !(MDR_PORTF->RXTX & PORT_Pin_3)) USB_detect_state=3;

if (USB_detect_state== 1) {

USB_detect_state=2;

USB_Init(); // USB Initialization

USB_Connect(TRUE); // USB Connect

while (!USB_Configuration) ; // wait until USB is configured flag_usb_cdc_data=0;

}

else if (USB_detect_state==3) {

USB_detect_state=0; USB_Connect(FALSE);

}

if (USB_detect_state==2)

while(flag_usb_cdc_data<6) {};

if (usb_cdc_rx_buf[0]=='d' && usb_cdc_rx_buf[1]=='a' && usb_cdc_rx_buf[2]=='c') {

MDR_DAC->DAC2_DATA= 1000*(usb_cdc_rx_buf[3]-0x30)+100*(usb_cdc_rx_buf[4]-0x30)+10*(usb_cdc_rx_buf[5]-0x30);

flag_usb_cdc_data=0;

}

else

if (usb_cdc_rx_buf[0]>='0' && usb_cdc_rx_buf[0]<='9') num_res = usb_cdc_rx_buf[0];

{flag_usb_cdc_data=0;usb_cdc_rx_buf[0]='! ';flag_usb_cdc_data_tx=1;}

if (usb_cdc_rx_buf[ 1]>='0' && usb_cdc_rx_buf[ 1 ]<='9') state_res = usb_cdc_rx_buf[ 1];

else {flag_usb_cdc_data=0;usb_cdc_rx_buf[0]=' !';flag_usb_cdc_data_tx=1;}

if (usb_cdc_rx_buf[2]>='0' && usb_cdc_rx_buf[2]<='9'

&&usb_cdc_rx_buf[3]>='0' && usb_cdc_rx_buf[3]<='9' &&usb_cdc_rx_buf[4]>='0' && usb_cdc_rx_buf[4]<='9')

voltage = 100*(usb_cdc_rx_buf[2]-0x30)+10*(usb_cdc_rx_buf[3]-0x30)+(usb_cdc_rx_buf[4]-0x30); else {flag_usb_cdc_data=0;usb_cdc_rx_buf[0]=' !';flag_usb_cdc_data_tx=1;}

if (usb_cdc_rx_buf[5]>='0' && usb_cdc_rx_buf[5]<='9') state_work = usb_cdc_rx_buf[5]; else {flag_usb_cdc_data=0;usb_cdc_rx_buf[0]='! ';flag_usb_cdc_data_tx=1;}

flag_usb_cdc_data=0; voltage=voltage*12;

ind_dig(num_res);

switch(state_work) {

case '0':

ind_led('r',0); break; case '1':

if (dr_relay(num_res-0x30,voltage)) {

usb_cdc_tx_buf[0]=num_res;

usb_cdc_tx_buf[ 1 ]='2';//errors relay

flag_usb_cdc_data_tx=2;

ind_led('r',1);

break;

{

}

ind_dig(num_res);

MDR_DAC->DAC2_DATA = voltage;

delay_us(100); if (((MDR_ADC->ADC1_RESULT & 0x0fff)<(voltage-

20) && voltage>20)||(MDR_ADC->ADC1_RESULT & 0x0fff)>(voltage+50))//test out voltage

{

usb_cdc_tx_buf[0]=num_res;

usb_cdc_tx_buf[ 1]=' 1';//errors voltage

flag_usb_cdc_data_tx=2;

ind_led('r',1);

ind_dig('U');

break;

}

if (state_res=='3' && voltage)//for 10ms {

MDR_TIMER3 ->PSG = 0x00001f40; MDR_TIMER3 ->ARR = 0x000001388;//период 1000ms MDR_TIMER3 ->C CR2 = (0x000001388-

0х31);//1388;//длительность импульса 10ms

}

else if (voltage)//for 10us {

MDR_TIMER3 ->PSG = 0x00000007;

MDR_TIMER3 ->ARR = 0x000001388;//период 1000us MDR_TIMER3 ->C CR2 = (0x000001388-0x32);//длительность

импульса 10us

таймер вкл.*/

}

if (voltage) {

MDR_TIMER3 ->CNT = 0; MDR_TIMER2->CNT = 0;

MDR_TIMER3 ->CNTRL = 1; /*счет вверх по TIM_CLK,

while (1)

{

if (!(MDR_TIMER3 ->CNTRL & 0x00000001)) break; }

}

if (voltage) dr_relay(num_res-0x30,0); usb_cdc_tx_buf[0]=num_res; usb_cdc_tx_buf[ 1]='0'; flag_usb_cdc_data_tx=2; break; case '2':

usb_cdc_tx_buf[21 ]=0x3 0+all_test();

if (usb_cdc_tx_buf[21]>'0') {

delay_ms(2);

usb_cdc_tx_buf[0]=num_res; usb_cdc_tx_buf[ 1]=usb_cdc_tx_buf[21]; flag_usb_cdc_data_tx=2;

}

else

{

delay_ms(2); usb_cdc_tx_buf[0]='0'; usb_cdc_tx_buf[1]='0'; flag_usb_cdc_data_tx=2;

}

break;

}}

}

}

модуль "init.c"

#include <init.h> #include <stdio.h> #include "MDR32F9Qx_config.h" #include "MDR32Fx.h" #include "MDR32F9Qx_ssp.h" #include "MDR32F9Qx_port.h" #include "MDR32F9Qx_rst_clk.h" #include <delay.h>

static PORT_InitTypeDef PORT_InitStructure; S SP_InitTypeDef SSP2_init; static SSP_InitTypeDef SSP1_init;

void LedPinCfg (void)

{

PORT_InitStructure.PORT_Pin = (PORT_Pin_3); //for USB detect

PORT_InitStructure.PORT_OE = PORT_OE_IN;

PORT_InitStructure.PORT_PULL_UP = PORT_PULL_UP_OFF;

PORT_InitStructure.PORT_PULL_DOWN = PORT_PULL_DOWN_OFF;

PORT_InitStructure.PORT_PD_SHM = PORT_PD_SHM_OFF;

PORT_InitStructure.PORT_PD = PORT_PD_OPEN;

PORT_InitStructure.PORT_GFEN = PORT_GFEN_OFF;