專利名稱：基于dsp和fpga的原子力顯微鏡控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種用于原子力顯微鏡的新型采集控制系統(tǒng)。
背景技術：
原子力顯微鏡的核心工作是控制探針和樣品的移動并根據探針位置變化描繪出樣品表面的圖像，所以大數(shù)據量的信號采集與計算和高精度的控制是系統(tǒng)的核心?，F(xiàn)有的原子力顯微鏡多采用單一的ARM或DSP作為采集控制的核心處理器，性能無法滿足逐漸提升的對檢測分辨率的要求。
發(fā)明內容為了解決上述存在的技術問題，本實用新型提供ー種速度更快，數(shù)據處理能力更強的用于原子力顯微鏡控制系統(tǒng)。本實用新型的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的基于DSP和FPGA的原子力顯微鏡控制系統(tǒng)，其特征在于包括四路模數(shù)轉換器、FPGA芯片、DSP芯片和三路數(shù)模轉換器；所述的四路數(shù)模轉換器將原子力顯微鏡的四象限位置傳感器信號轉換后輸入到FPGA芯片輸入端；FPGA芯片通過數(shù)據總線與DSP芯片連接，DSP芯片將數(shù)據處理結果回傳給FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片的輸出端經由三路數(shù)模轉換器與掃描臺壓電陶瓷連接。所述的FPGA芯片的輸出端還分別與步進電機驅動器及Tapping驅動器連接。本實用新型的有益效果本實用新型采用上述結構，由于將FPGA作為信號采集端，解決了 ARM和DSP不能并行處理多路信號的瓶頸，更能保證數(shù)據的準確性，提高采集速度。并且利用DSP在信號處理上的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)性能，進而提高檢測分辨率。

圖I是本實用新型所述的系統(tǒng)框圖。圖2是本實用新型所述的系統(tǒng)原理圖。
具體實施方式
參照圖I系統(tǒng)框圖，本實用新型的核心處理器包括一片XILINX公司的Spartan3系列FPGA芯片和一片TI公司的C6000系列DSP芯片。其中FPGA負責數(shù)據采集和控制信號輸出，利用其并行處理性能提高采集和控制靈敏度。FPGA和DSP之間通過高速總線通信，利用DSP超強的運算性能對來自FPGA的數(shù)據進行運算處理并給出控制方式。圖2是系統(tǒng)的原理圖，其中四象限位置傳感器的的作用是獲取探針的高度信息。位置傳感器每個象限輸出一路位置信號并通過運放放大。放大后的信號DAIXTDAT4信號線送入模數(shù)轉換器廣4進行數(shù)據轉換，轉換后的信號即為數(shù)字信號。模數(shù)轉換器和FPGA之間的連接包括數(shù)據線D(TD15、控制信號RDY和0TR，F(xiàn)PGA對四路信號進行并行處理計算后送入DSP0 DSP和FPGA之間采用高速數(shù)據總線進行通信，包括數(shù)據線DA(TDA15、地址線AD3 AD9、控制信號線CE、CS、WE和DR，總線速度完全可以滿足處理器之間高數(shù)速據傳輸?shù)男枨蟆SP對探針位置信號進行分析處理，通過精密算法得出樣品的移動軌跡，并將命令傳給FPGA。FPGA通過3個數(shù)模轉換器對掃描臺壓電陶瓷進行控制，以控制樣品在X、Y和Z方向上的精確移動。FPGA和數(shù)模轉換器之間通過CLK、LOAD、CS和SDI串行通信。上述過程反復運行，形成ー個閉環(huán)控制系統(tǒng)。以上掃描和控制過程為此系統(tǒng)的核心，通過增加FPGA處理器，DSP可以把更多資源放在運算處理上，而FPGA也可以發(fā)揮其在并行采集和控制上的優(yōu)勢。并且隨著處理器性能的提升，整個掃描控制能力也將會有明顯提高。除此之外，系統(tǒng)還可以完成其他輔助功能并可以根據需求進行擴展。FPGA可以通過CP和CW信號控制步進電機驅動器，進而控制步進電機動作，以便快速使樣品逼近探針；FPGA還可以通過數(shù)據信號DD0 DD7，控制信號CLK、RST和FD控制Tapping驅動器以使探針產生周期性振動，以實現(xiàn)不同的掃描方式。DSP還可以通過信號線HD16 HD31、CLK和DIO擴 展以太網物理芯片以實現(xiàn)以太網通信功能。
權利要求1.基于DSP和FPGA的原子力顯微鏡控制系統(tǒng)，其特征在干包括四路模數(shù)轉換器、FPGA芯片、DSP芯片和三路數(shù)模轉換器； 所述的四路數(shù)模轉換器將原子力顯微鏡的四象限位置傳感器信號轉換后輸入到FPGA芯片輸入端；FPGA芯片通過數(shù)據總線與DSP芯片連接，DSP芯片將數(shù)據處理結果回傳給FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片的輸出端經由三路數(shù)模轉換器與掃描臺壓電陶瓷連接。
2.根據權利要求I所述的基于DSP和FPGA的原子力顯微鏡控制系統(tǒng)，其特征在于所述的FPGA芯片的輸出端還分別與步進電機驅動器及Tapping驅動器連接。
專利摘要基于DSP和FPGA的原子力顯微鏡控制系統(tǒng)，包括四路模數(shù)轉換器、FPGA芯片、DSP芯片和三路數(shù)模轉換器；所述的四路數(shù)模轉換器將原子力顯微鏡的四象限位置傳感器信號轉換后輸入到FPGA芯片輸入端；FPGA芯片通過數(shù)據總線與DSP芯片連接，DSP芯片將數(shù)據處理結果回傳給FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片的輸出端經由三路數(shù)模轉換器與掃描臺壓電陶瓷連接。本實用新型采用上述結構，由于將FPGA作為信號采集端，解決了ARM和DSP不能并行處理多路信號的瓶頸，更能保證數(shù)據的準確性，提高采集速度。并且利用DSP在信號處理上的優(yōu)勢，提高系統(tǒng)性能，進而提高檢測分辨率。
文檔編號G05B19/042GK202661819SQ201220275120
公開日2013年1月9日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權日2012年6月12日
發(fā)明者董文博, 劉富忠, 陳少純, 劉少來, 劉慶功, 王闖, 柳全樂, 趙志平 申請人:沈陽尚賢科技股份有限公司