跨尺度快速AFM硬件控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、隨著生物研究和納米科技的不斷發(fā)展進(jìn)步，人們對微觀世界的物體探索越來越深入，這就對微觀領(lǐng)域的觀測工具提出了更高的速度和精度要求。原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)因此占有重要的地位。傳統(tǒng)的原子力顯微鏡硬件控制系統(tǒng)一般是基于PC或基于PC-DSP（Digital Signal Processor，數(shù)字信號處理器）的架構(gòu)，在實時性方面不夠理想，并且外圍電路往往精度不夠高?；谏鲜鲈?，本文針對生命科學(xué)等領(lǐng)域

2、的實際需要，設(shè)計并實現(xiàn)了一種基于FPGA（Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列）+DSP結(jié)構(gòu)的原子力顯微鏡硬件控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)原子力顯微鏡跨尺度，高速高精度成像的要求。
　　首先，本文介紹了原子力顯微鏡三級運(yùn)動平臺結(jié)構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，設(shè)計了針對此結(jié)構(gòu)的基于FPGA+DSP的硬件控制系統(tǒng)整體架構(gòu)，包括各級平臺與控制系統(tǒng)間所需信號及傳輸過程，各模塊具體實現(xiàn)方式，規(guī)劃了各部分需要實現(xiàn)的功能

3、。
　　其次，本文根據(jù)以上硬件控制系統(tǒng)總體方案，設(shè)計了信號處理部分的硬件電路，包括對所有芯片供電的電源電路、激光檢測信號的幅值轉(zhuǎn)換電路、與數(shù)字控制系統(tǒng)相連的模數(shù)/數(shù)模轉(zhuǎn)換電路，完成了這些單元電路的原理圖和PCB設(shè)計;通過功率放大器對壓電陶瓷的驅(qū)動信號進(jìn)行放大，實現(xiàn)了原子力顯微鏡信號檢測設(shè)備和數(shù)字控制系統(tǒng)之間，以及二級、三級運(yùn)動平臺和數(shù)字控制系統(tǒng)之間的信號變換和傳輸。
　　再次，本文根據(jù)硬件控制系統(tǒng)方案設(shè)計了以DSP芯片為核心