基于DSP和FPGA的原子力顯微鏡控制系統，包括四路模數轉換器、FPGA芯片、DSP芯片和三路數模轉換器；所述的四路數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芯片通過數據總線與DSP芯片連接，DSP芯片將數據處理結果回傳給FPGA芯片，FPGA芯片的輸出端經由三路數模轉換器與掃描臺壓電陶瓷連接。本實用新型專利技術采用上述結構，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，更能保證數據的準確性，提高采集速度。并且利用DSP在信號處理上的優勢，提高系統性能，進而提高檢測分辨率。（*該技術在2022年保護過期，可自由使用*）
【技術實現步驟摘要】
本技術涉及ー種用于原子力顯微鏡的新型采集控制系統。
技術介紹
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，所以大數據量的信號采集與計算和高精度的控制是系統的核心。現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。
技術實現思路
為了解決上述存在的技術問題，本技術提供ー種速度更快，數據處理能力更強的用于原子力顯微鏡控制系統。本技術的目的是通過下述技術方案實現的基于DSP和FPGA的原子力顯微鏡控制系統，其特征在于包括四路模數轉換器、FPGA芯片、DSP芯片和三路數模轉換器；所述的四路數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芯片通過數據總線與DSP芯片連接，DSP芯片將數據處理結果回傳給FPGA芯片，FPGA芯片的輸出端經由三路數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。本技術的有益效果本技術采用上述結構，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，更能保證數據的準確性，提高采集速度。并且利用DSP在信號處理上的優勢，提高系統性能，進而提高檢測分辨率。附圖說明圖I是本技術所述的系統框圖。圖2是本技術所述的系統原理圖。具體實施方式參照圖I系統框圖，本技術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的數據進行運算處理并給出控制方式。圖2是系統的原理圖，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信號線送入模數轉換器廣4進行數據轉換，轉換后的信號即為數字信號。模數轉換器和FPGA之間的連接包括數據線D(TD15、控制信號RDY和0TR，FPGA對四路信號進行并行處理計算后送入DSP0 DSP和FPGA之間采用高速數據總線進行通信，包括數據線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速據傳輸的需求。DSP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，形成ー個閉環控制系統。以上掃描和控制過程為此系統的核心，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也可以發揮其在并行采集和控制上的優勢。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，其特征在干包括四路模數轉換器、FPGA芯片、DSP芯片和三路數模轉換器； 所述的四路數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芯片通過數據總線與DSP芯片連接，DSP芯片將數據處理結果回傳給FPGA芯片，FPGA芯片的輸出端經由三路數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，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，包括四路模數轉換器、FPGA芯片、DSP芯片和三路數模轉換器；所述的四路數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芯片通過數據總線與DSP芯片連接，DSP芯片將數據處理結果回傳給FPGA芯片，FPGA芯片的輸出端經由三路數模轉換器與掃描臺壓電陶瓷連接。本技術采用上述結構，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，更能保證數據的準確性，提高采集速度。并且利用DSP在信號處理上的優勢，提高系統性能，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 優先權日2012年6月12日專利技術者董文博, 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本文檔來自技高網...
【技術保護點】
基于DSP和FPGA的原子力顯微鏡控制系統，其特征在于：包括四路模數轉換器、FPGA芯片、DSP芯片和三路數模轉換器；所述的四路數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芯片通過數據總線與DSP芯片連接，DSP芯片將數據處理結果回傳給FPGA芯片，FPGA芯片的輸出端經由三路數模轉換器與掃描臺壓電陶瓷連接。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：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(專利權)人：沈陽尚賢科技股份有限公司，
類型：實用新型
國別省市：
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