跨尺度快速AFM硬件控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)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(duì)微觀世界的物體探索越來越深入，這就對(duì)微觀領(lǐng)域的觀測(cè)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(hào)處理器）的架構(gòu)，在實(shí)時(shí)性方面不夠理想，并且外圍電路往往精度不夠高。基于上述原因，本文針對(duì)生命科學(xué)等領(lǐng)域

2、的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于FPGA（Field Programmable Gate Array，現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(jí)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)結(jié)構(gòu)，并根據(jù)系統(tǒng)的性能要求，設(shè)計(jì)了針對(duì)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(jí)平臺(tái)與控制系統(tǒng)間所需信號(hào)及傳輸過程，各模塊具體實(shí)現(xiàn)方式，規(guī)劃了各部分需要實(shí)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(jì)了信號(hào)處理部分的硬件電路，包括對(duì)所有芯片供電的電源電路、激光檢測(cè)信號(hào)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(jì);通過功率放大器對(duì)壓電陶瓷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行放大，實(shí)現(xiàn)了原子力顯微鏡信號(hào)檢測(cè)設(shè)備和數(shù)字控制系統(tǒng)之間，以及二級(jí)、三級(jí)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)和數(shù)字控制系統(tǒng)之間的信號(hào)變換和傳輸。
　　再次，本文根據(jù)硬件控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)了以DSP芯片為核心