基于數(shù)字信號(hào)處理器的掃描探針顯微鏡控制系統(tǒng)的研制.pdf

1、掃描針顯微鏡(SPM)是一種在納米尺度上研究物質(zhì)的特性和相互作用，集多種現(xiàn)代技術(shù)為一體的新型表面分析儀器。數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)是一種專用于實(shí)時(shí)數(shù)字處理的芯片，其優(yōu)越的性能和低廉的價(jià)格已經(jīng)成為了SPM數(shù)字化的首選。國(guó)外已把DSP技術(shù)用于數(shù)字SPM的研制并商品化，最近在國(guó)內(nèi)也出現(xiàn)了類似的SPM產(chǎn)品。但在大多數(shù)產(chǎn)品中，DSP與計(jì)算機(jī)的通信都是基于PCI接口。這使得計(jì)算機(jī)電源對(duì)SPM模擬電路產(chǎn)生的周期性噪音無(wú)法隔離開來(lái)。另一方面，有少數(shù)SP

2、M產(chǎn)品的DSP與計(jì)算機(jī)通信是基于串口或并口，它的最高通訊速率為1.5MB/s。隨著對(duì)SPM實(shí)時(shí)性的要求日益提高，低通信速率將成為限制SPM實(shí)時(shí)性的瓶頸。 本文描述了在本研究小組自主研發(fā)的掃描探針顯微鏡基礎(chǔ)上，對(duì)SPM控制系統(tǒng)電路和實(shí)時(shí)控制軟件進(jìn)行重新構(gòu)造，建立了一種以DSP為控制核心的掃描探針顯微鏡控制系統(tǒng)。在控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中，控制核心已從計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)移到DSP上，使得計(jì)算機(jī)從采集和發(fā)送同時(shí)又要圖像顯示的繁重任務(wù)中釋放出來(lái)，

3、從而提高了實(shí)時(shí)性。DSP與計(jì)算機(jī)之問(wèn)通信，是以LJSB2.0作為接口。其最高通信速率達(dá)到480MB/s，能夠滿足SPM實(shí)時(shí)性需求。在SPM的數(shù)字電路與模擬電路之間引入了光電隔離系統(tǒng)，使原先計(jì)算機(jī)電源對(duì)SPM的模擬電路產(chǎn)生的周期性噪音得以有效隔離，為建立高精度的掃描探針顯微鏡打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)中，采用分層和模塊化以及面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，使得程序易于維護(hù)和理解。軟件提供開放性可擴(kuò)展接口，用戶能夠方便地添加新設(shè)備，并能方便地在