基于AFM的納米操作系統(tǒng)主控器及其反饋模塊的開發(fā).pdf

1、1986年，為了觀察絕緣材料表面的原子圖像，IBM的GBinning和斯坦福大學(xué)的C．F．Quate，C．Gerber合作，發(fā)明了原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope：AFM)。目前，通過控制并檢測(cè)針尖--樣品之間的相互作用力，原子力顯微鏡不僅可以以高分辨率表征樣品表面形貌，分析研究與作用力相對(duì)應(yīng)的各種表面性質(zhì)，而且還可以利用探針尖銳的針尖，操縱原子和進(jìn)行納米加工。 本課題受國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(5030

2、5025)和(50675152)的資助，通過對(duì)AFM的成像原理和AFM原子力作用機(jī)理的研究，以建立AFM數(shù)學(xué)模型，依據(jù)基于AFM納米操作系統(tǒng)的高速和實(shí)時(shí)性要求，研究并設(shè)計(jì)原子力顯微鏡納米操作系統(tǒng)主控制電子系統(tǒng)和反饋控制電子系統(tǒng)，運(yùn)用當(dāng)前先進(jìn)的微處理器芯片(ARM、DSP)，引入嵌入式操作系統(tǒng)uCLinux，采用多線程編程技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)納米操作

3、的實(shí)時(shí)性，高效性。 本文的主要內(nèi)容包括： 1．總結(jié)了掃描探針顯微術(shù)的發(fā)展歷程，闡述了AFM納米操作現(xiàn)狀； 2．在分析AFM系統(tǒng)中針尖--樣品作用力，微懸臂梁動(dòng)態(tài)方程的基礎(chǔ)之上，提出AFM系統(tǒng)辨識(shí)，建立AFM系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的可行性方案。 3．運(yùn)用現(xiàn)代魯棒控制理論中的H∞原理，提出了一種新的基于模型的高速AFM成像反饋系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案； 4．采用嵌有ARM7TDMI-S內(nèi)核的LPC2214芯片為微控制器，設(shè)

4、計(jì)了基于AFM的納米操作系統(tǒng)主控制電路； 5．以TI公司高性能、低成本浮點(diǎn)DSP TMS320C6701作為微處理器，采用AD公司的超高速16位數(shù)模轉(zhuǎn)換器AD768作為壓電陶瓷向驅(qū)動(dòng)電壓輸出芯片，設(shè)計(jì)了基于模型控制的高速AFM反饋硬件系統(tǒng)； 6．針對(duì)AFM納米操作系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，高效性要求，引入嵌入式操作系統(tǒng)uCLinux，采用多線程編程技術(shù)，分析了uCLnux系統(tǒng)下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序開發(fā)方法，并對(duì)DSP的FLASH程序自引導(dǎo)