基于FPGA的原子力顯微鏡快速控制嵌入式系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著納米科技領(lǐng)域研究的不斷深入和發(fā)展，研究對象的尺度在不斷縮小；同時在與其他學(xué)科相結(jié)合的過程中，研究環(huán)境也從靜態(tài)逐漸擴展為動態(tài)，這些都對納米研究工具的精度和速度提出了更高的要求。
　　 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)作為納米研究與操作的重要工具，因其廣泛的適用性受到了更多的關(guān)注。但是，受工作原理及機械結(jié)構(gòu)等限制，也非盡善盡美，同樣存在著諸多問題。為了改進(jìn)它的各方面性能，科研工作者從不同的角

2、度提出了多種解決方案，其中基于算法的改進(jìn)是最多的，也相對成熟。但是，在利用硬件驗證或?qū)崿F(xiàn)這些算法的過程中，原有PC單機處理或是傳統(tǒng)的數(shù)字信號處理設(shè)備因計算速度達(dá)不到期望的要求而造成了新的瓶頸。因此，論文提出了基于現(xiàn)場可編程門陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的解決方案，替代傳統(tǒng)設(shè)備實現(xiàn)控制算法，并充分利用其在時序邏輯和并行計算方面的優(yōu)勢，改善原子力顯微鏡掃描過程中控制的實時性和精度的問題。

3、>　　 首先，本文給出了基于FPGA的原子力顯微鏡快速控制嵌入式系統(tǒng)整體架構(gòu)及硬件組成，并就其各部分功能、性能要求進(jìn)行簡要的介紹。
　　 其次，本文針對原子力顯微鏡用戶擴展接口與核心FPGA數(shù)字控制之間需要的特定的信號處理和轉(zhuǎn)換等任務(wù)，設(shè)計了獨立的PCB電路，從而實現(xiàn)模數(shù)信號間的良好過渡和傳遞。該PCB電路中包含了負(fù)責(zé)電壓幅值調(diào)整的運放電路和數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，并制定了合理的穩(wěn)壓電源供給方案。
　　 再次，本文對利用F

4、PGA實現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計的方法和具體實現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。一方面，基于FPGA的嵌入式開發(fā)方法簡單靈活且易于更新優(yōu)化，增強了該控制系統(tǒng)研發(fā)的通用性和可讀性；同時通過例化、調(diào)用等方式，使得研發(fā)工作能夠把更多的精力用于不同控制算法的實現(xiàn)，而不是各硬件模塊底層驅(qū)動或數(shù)據(jù)流管理，從而體現(xiàn)了基于FPGA進(jìn)行快速控制系統(tǒng)設(shè)計的便利和優(yōu)勢。
　　 最后，充分利用軟、硬結(jié)合的方法，給出硬件配置步驟。基于系統(tǒng)需求，利用Quartus軟件在SOPC