基于數字信號處理器的掃描探針顯微鏡控制系統的研制.pdf

1、掃描針顯微鏡(SPM)是一種在納米尺度上研究物質的特性和相互作用，集多種現代技術為一體的新型表面分析儀器。數字信號處理器(DSP)是一種專用于實時數字處理的芯片，其優(yōu)越的性能和低廉的價格已經成為了SPM數字化的首選。國外已把DSP技術用于數字SPM的研制并商品化，最近在國內也出現了類似的SPM產品。但在大多數產品中，DSP與計算機的通信都是基于PCI接口。這使得計算機電源對SPM模擬電路產生的周期性噪音無法隔離開來。另一方面，有少數SP

2、M產品的DSP與計算機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SPM實時性的要求日益提高，低通信速率將成為限制SPM實時性的瓶頸。 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上，對SPM控制系統電路和實時控制軟件進行重新構造，建立了一種以DSP為控制核心的掃描探針顯微鏡控制系統。在控制系統電路設計和實現中，控制核心已從計算機轉移到DSP上，使得計算機從采集和發(fā)送同時又要圖像顯示的繁重任務中釋放出來，

3、從而提高了實時性。DSP與計算機之問通信，是以LJSB2.0作為接口。其最高通信速率達到480MB/s，能夠滿足SPM實時性需求。在SPM的數字電路與模擬電路之間引入了光電隔離系統，使原先計算機電源對SPM的模擬電路產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實的基礎。在軟件的設計和實現中，采用分層和模塊化以及面向對象的設計方法，使得程序易于維護和理解。軟件提供開放性可擴展接口，用戶能夠方便地添加新設備，并能方便地在