一种纳米位移台扫描运动控制系统及其实现方法与流程

本发明属于微纳米操控技术领域，具体涉及一种应用于高分辨力成像过程的纳米位移台扫描运动控制系统及其实现方法。

背景技术

纳米位移台作为微纳米操控领域的运动和定位装置，被广泛应用在材料分析、生物学等领域的扫描成像仪器中，如利用柔性铰链原理的纳米位移台制作的扫描探针显微镜等。这种由压电陶瓷堆驱动的纳米位移台，最小的移动步距可以达到亚纳米精度。通常的纳米位移台的控制电路采用单一16位da芯片驱动x轴或者y轴方向的运动。以驱动一个全行程范围是500um即500000nm的纳米位移台为例，纳米位移台能够实现的最小步距是固定的，如下式所示：

(500000nm/65536)＝7.6nm

在这种单一16位da芯片驱动方式下，在该纳米位移台全行程范围内，不管具体的扫描范围是多小，它的最小步距不会小于7.6nm，因此不能充分发挥纳米位移台的亚纳米精度的潜力。当利用此纳米位移台对扫描成像范围小于全行程500um的区域进行扫描成像时，比如10um范围，则能利用的da码值只有(10/500)*65536＝1310个码值，不能充分发挥16位da芯片全部码值的作用。而且在10um的扫描范围内，由于没有发挥da的全部码值，每一行的扫描点数极限就是1310，不能更密。

在实际应用中，使用者希望当扫描范围越小的时候，要求最小步距也越小，这样才能实现高分辨成像。上述的普通纳米位移台的这种固定最小步距的硬件系统限制了高分辨成像的应用。而如果采用过小行程的纳米位移台虽然提高了分辨力，但又会导致整体扫描范围不满足工作需要。

由于测试样品被安放在纳米位移台上时，会出现角度误差，导致该样品上的图形，如线条、矩形等规则形状的方向与纳米位移台的xy轴运动方向不一致，存在夹角。这会在扫描成像结束后，进行样品中微结构尺寸测量时带来测量困难。同时，纳米位移台在扫描运动时，扫描区域经常需要在xy平面上进行整体调整。通常的单一da芯片驱动方式，只能使用单一16位da芯片的一部分码值进行局部扫描运动。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种纳米位移台扫描运动控制系统及其实现方法，克服现有技术中的纳米位移台运动控制技术不能满足高分辨扫描成像需求的缺点。

本发明首先提供一种纳米位移台扫描运动控制系统，所述控制系统包括dsp主控制板、x轴信号合成器、y轴信号合成器以及位置信号反馈单元，利用所述纳米位移台扫描运动控制系统实现对纳米位移台的运动控制。

所述dsp主控制板通过dsp总线接口，为x轴信号合成器发送x轴信号，为y轴信号合成器发送y轴信号；同时接收所述位置信号反馈单元输出的x轴反馈信号和y轴反馈信号，并将所述x轴反馈信号和y轴反馈信号输出到上位机。

所述x轴信号合成器接收所述dsp主控制板输出的x轴信号，并对所述x轴信号进行处理，生成x轴位置数据，将所述x轴位置数据输出到纳米位移台。

所述y轴信号合成器接收所述dsp主控制板输出的y轴信号，并对所述y轴信号进行处理，生成y轴位置数据，将所述y轴位置数据输出到纳米位移台。

所述纳米位移台具有x轴位置信号输出接口和y轴位置信号输出接口，所述x轴位置信号输出接口输出x轴位置信号给所述位置信号反馈单元，所述y轴位置信号输出接口输出y轴位置信号给所述位置信号反馈单元；所述位置信号反馈单元对x轴位置信号和y轴位置信号分别生成的x轴反馈信号和y轴反馈信号，输入到dsp主控制板。

所述纳米位移台具有x轴模拟量接口和y轴模拟量接口，所述x轴模拟量接口接收由x轴信号合成器输出的x轴位置数据，所述y轴模拟量接口接收由y轴信号合成器输出的y轴位置数据，所述纳米位移台根据所述x轴位置数据和所述y轴位置数据进行扫描运动，同时纳米位移台生成x轴位置信号和y轴位置信号，将x轴位置信号和y轴位置信号分别通过x轴位置信号输出接口和y轴位置信号输出接口传输给位置信号反馈单元。

所述的dsp主控制板包括dsp芯片、cpld芯片、eeprom芯片、两个ddr2芯片、flash存储器、dsp总线接口以及网络接口芯片，所述eeprom芯片、两个ddr2芯片以及网络接口芯片分别与所述dsp芯片连接，所述cpld芯片与flash存储器分别通过emif接口与所述dsp芯片连接。所述的cpld芯片与dsp总线接口之间通过16位数据线和20位地址总线连接，dsp总线接口与x轴信号合成器、y轴信号合成器以及位置信号反馈单元分别连接。

所述的x轴信号合成器包括四个da单元和x轴求和运放单元，所述的四个da单元分别为x轴主da单元、x轴增益da单元、x轴平移da单元、x轴旋转da单元；所述的y轴信号合成器包括四个da单元和y轴求和运放单元，所述的四个da单元分别为y轴主da单元、y轴增益da单元、y轴平移da单元、y轴旋转da单元，x轴信号合成器的四个da单元和y轴信号合成器的四个da单元都是采用16位的数模转换芯片。

本发明还提供一种纳米位移台扫描运动控制系统实现方法，所述方法具体包括步骤：

步骤一、dsp主控制板接收由上位机传输的驱动纳米位移台移动所需的旋转角度、缩放比例以及平移距离。

步骤二、dsp主控制板对所述旋转角度、缩放比例和平移距离进行处理，获取x轴方向数据和y轴方向数据，将x轴方向数据分解成x轴方向的x轴主da单元数据、x轴增益da单元数据、x轴平移da单元数据和x轴旋转da单元数据，再作为x轴信号传输到x轴信号合成器内部相应的各个da单元；同时将y轴方向数据分解成y轴方向的y轴主da单元数据、y轴增益da单元数据、y轴平移da单元数据和y轴旋转da单元数据，将y轴主da单元数据、y轴增益da单元数据、y轴平移da单元数据和y轴旋转da单元数据作为y轴信号传输到y轴信号合成器内部相应的各个da单元。

步骤三、dsp主控制板启动扫描过程，x轴信号合成器和y轴信号合成器进行全16位码值输出操作；把x轴信号合成器对x轴信号处理后输出的x轴位置数据和y轴信号合成器对y轴信号处理后输出的y轴位置数据输出到纳米位移台；

步骤四、dsp主控制板接收由位置信号反馈单元反馈的x轴反馈信号和y轴反馈信号；所述位置信号反馈单元接收纳米位移台输出的x轴位置信号和y轴位置信号，并进行处理生成x轴反馈信号和y轴反馈信号，输出给dsp主控制板；

步骤五、dsp主控制板将接收的x轴反馈信号和y轴反馈信号反馈到上位机。

本发明的优点：

(1)采用本发明中的可变增益方式控制扫描范围的方法可以实现在行程内的各个尺寸的扫描范围都保持16位分辨力的最小步距运动。

(2)采用本发明中的x轴信号合成器和y轴信号合成器，可以有效实现x轴、y轴的联动控制调整扫描运动的角度，节约了芯片运算时间，提高了动态响应能力。

(3)采用本发明中的x轴信号合成器和y轴信号合成器，既可以准确的调整扫描区域平移量，又确保了扫描区域始终使用16位da输出能力，有效提高了扫描运动分辨力。

附图说明

图1为扫描区域旋转前后对比示意图；

图2为经旋转后扫描区域放大示意图；

图3为经放大后扫描区域平移示意图；

图4为本发明提供的纳米位移台的控制系统结构组成示意图；

图5为dsp主控制板结构组成示意图；

图6为x轴信号合成器的结构组成示意图；

图7为y轴信号合成器的结构组成示意图；

图8为位置信号反馈单元结构组成示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

纳米位移台在扫描运动过程中对扫描区域的旋转角度控制、缩放(即增益)控制和平移量控制可以分解为三步来描述。下面逐一推导，然后整合为一个数学表达式，最后利用x轴四个da单元和y轴四个da单元的组合电路实现具体的控制功能。

1.扫描区域的旋转；

如图1所示，横向为x轴，纵向为y轴，实线框矩形为原始扫描区域，矩形的几何中心为原点，虚线框矩形为所述原始扫描区域绕着原点逆时针旋转α角之后的扫描区域。原始点(x0,y0)为原始扫描区域上任取的一点，x0为原始点横坐标，y0为原始点纵坐标，原始点(x0,y0)旋转α角之后达到旋转点，(x1,y1)为旋转点所在位置的坐标，x1为横坐标，y1为纵坐标；α为旋转角，β为原始点(x0,y0)与x轴的夹角；r为原始点(x0,y0)的旋转半径，有：

x1＝r·cos(α+β)

y1＝r·sin(α+β)

根据三角函数中两角和公式：

cos(α+β)＝cosα·cosβ-sinα·sinβ

sin(α+β)＝sinα·cosβ+cosα·sinβ

对于原始点(x0,y0)有：

则：

进一步可得：

x1＝cosα·x0-sinα·y0

y1＝sinα·x0+cosα·y0

由此公式可得：

仅存在扫描区域旋转时，在旋转后的扫描区域和旋转前的扫描区域中，旋转点的横坐标x1和纵坐标y1的关系可简写为:

x1＝a1x0+b1y0(-1≤a1≤1，-1≤b1≤1)

y1＝d1x0+e1y0(-1≤d1≤1，-1≤e1≤1)

a1＝e1＝cosα，b1＝-d1＝sinα，a1、e1、b1和d1均为中间变量。

2.扫描区域缩放；

当经过旋转后的扫描区域需要缩放(放大和缩小)时，如图2所示，以放大为例，实线框矩形为旋转后的扫描区域也即放大前的扫描区域，虚线框矩形为放大后的扫描区域：

图2中，放大点(x2,y2)为旋转点(x1,y1)经过扫描区域放大后所在位置，由于扫描区域放大，放大前扫描区域上每一点的横坐标和纵坐标都变化相同的倍数。具体的，对于放大点横坐标x2和放大点纵坐标y2有：

x2＝t(a1x0+b1y0)(-1≤a1≤1，-1≤b1≤1，t﹥0)

y2＝t(d1x0+e1y0)(-1≤d1≤1，-1≤e1≤1，t﹥0)

也可写为：

x2＝a2x0+b2y0

y2＝d2x0+e2y0

其中，a2＝e2＝ta1＝te1、b2＝-d2＝tb1＝-td1,t为放大倍数。

3.扫描区域平移；

如图3所示，实线框矩形为放大后的扫描区域即平移前的扫描区域，虚线框矩形为平移后的扫描区域，(m,n)为单位平移向量，实际使用时长度单位可以为微米，平移点(x3,y3)为放大点(x2,y2)移动p个单位平移向量后所在位置，则有：

(x3,y3)＝(x2+p·m,y2+p·n)平移点横坐标x3和平移点纵坐标y3则可写为：

x3＝a2x0+b2y0+p·m

y3＝d2x0+e2y0+p·n

其中平移点横坐标x3为原始扫描区域中原始点横坐标x0经过旋转、放大和平移之后的横坐标；平移点纵坐标y3为原始扫描区域中原始点纵坐标y0经过旋转、放大和平移之后的纵坐标。

上述x3和y3公式中，a2对应x轴增益da单元的增益参数、b2对应x轴旋转da单元的旋转参数、p·m对应x轴位移da单元的位移参数；d2对应y轴增益da单元的增益参数、e2对应y轴旋转da单元的旋转参数、p·n对应y轴位移da单元的位移参数。

对应上述x3和y3公式中的旋转参数、增益参数、位移参数进行控制系统电路设计与实现。x轴信号合成器包括x轴主da单元、x轴增益da单元、x轴位移da单元和x轴旋转da单元，y轴信号合成器包括y轴主da单元、y轴增益da单元、y轴位移da单元和y轴旋转da单元。

本发明所提供的一种纳米位移台扫描运动控制系统，利用可变增益的控制方法调整纳米位移台的扫描范围，即通过对x轴增益da单元的增益参数a2和y轴增益da单元的增益参数d2进行设定实现。而发送给x轴主da单元和y轴主da单元的扫描信号的码值始终保持全16位的输出精度。这样的方法保证了随着扫描范围的缩小，纳米位移台的最小步距也同比例减小，即实现了更高分辨扫描成像。传统的纳米位移台只能依靠减少上位机发送给da(数模转换)的数字码值范围来实现小范围扫描移动，这不能减小纳米位移台的最小步距，也就不能提高扫描成像的分辨率。同理，利用本控制系统设定x轴旋转da单元和y轴旋转da单元的旋转参数b2和e2，设定x轴位移da单元和y轴位移da单元的位移参数p·m和p·n实现扫描过程中的旋转和位移操作。上述所有参数是在扫描运动开始之前，由本控制系统一次性设定完成，在扫描开始后不需要再次逐点设定。避免了传统纳米位移台在扫描时需要对每一个运动点都进行正余弦运算的繁琐计算，节约了时间，提高了整体的效率。

如图4所示，本发明所提供的一种纳米位移台扫描运动控制系统包括dsp(数字信号处理)主控制板、x轴信号合成器、y轴信号合成器、位置信号反馈单元，利用所述纳米位移台扫描运动控制系统实现对纳米位移台的运动控制。

所述dsp主控制板通过dsp总线接口，为x轴信号合成器发送x轴信号，为y轴信号合成器发送y轴信号，同时接收所述位置信号反馈单元输出的x轴反馈信号和y轴反馈信号，并将所述x轴反馈信号和y轴反馈信号输出到上位机。

所述x轴信号合成器接收所述dsp主控制板输出的x轴信号，并对所述x轴信号进行处理，生成x轴位置数据，将所述x轴位置数据输出到纳米位移台。

所述y轴信号合成器接收所述dsp主控制板输出的y轴信号，并对所述y轴信号进行处理，生成y轴位置数据，将所述y轴位置数据输出到纳米位移台。

所述x轴信号合成器与所述y轴信号合成器之间实现x轴、y轴主扫描信号的传递。x轴主扫信号是指由x轴主da单元产生的16位精度模拟信号，y轴主扫信号是指由y轴主da单元产生的16位精度模拟信号。具体为x轴主扫描信号由x轴主da单元输出到y轴旋转da单元，y轴主扫描信号由y轴主da单元输出到x轴旋转da单元；

所述纳米位移台具有x轴位置信号输出接口和y轴位置信号输出接口，所述x轴位置信号输出接口输出x轴位置信号给所述位置信号反馈单元，所述y轴位置信号输出接口输出y轴位置信号给所述位置信号反馈单元；所述位置信号反馈单元对x轴位置信号和y轴位置信号分别生成的x轴反馈信号和y轴反馈信号，输入到dsp主控制板。

所述纳米位移台(ns-xy200z20)具有x轴模拟量接口和y轴模拟量接口，所述x轴模拟量接口接收由x轴信号合成器输出的x轴位置数据，所述y轴模拟量接口接收由y轴信号合成器输出的y轴位置数据，所述纳米位移台根据所述x轴位置数据和所述y轴位置数据进行扫描运动，同时纳米位移台生成x轴位置信号和y轴位置信号，将x轴位置信号和y轴位置信号分别通过x轴位置信号输出接口和y轴位置信号输出接口传输给位置信号反馈单元。

所述的x轴信号和y轴信号分别是dsp主控制板发送给x轴信号合成器及y轴信号合成器的纳米位移台要运动到达的目标位置的数字信号；所述的x轴位置数据和y轴位置数据分别包括了纳米位移台要运动到达的目标位置的模拟信号，该信号直接输入到纳米位移台的x轴模拟量接口和y轴模拟量接口；所述的x轴主扫描信号和y轴主扫描信号分别是驱动纳米位移台运动的初始模拟信号；所述的x轴位置信号和y轴位置信号分别为纳米位移台当前时刻所在位置的x轴坐标和y轴坐标的模拟信号；所述的x轴反馈信号和y轴反馈信号分别为所述x轴位置信号和所述y轴位置信号进行模数转换后的数字信号。

如图5所示，所述的dsp主控制板包括：负责所有da单元的数据计算与命令控制的dsp芯片、负责所有da单元的地址译码与数据传输的cpld芯片、用于存储静态的查表数据的eeprom芯片、用于扩充运算内存的两个ddr2芯片、用于存储嵌入式程序的flash存储器、用于与上位机进行数据传输的网络接口芯片以及dsp总线接口，所述eeprom芯片、两个ddr2芯片以及网络接口芯片分别与所述dsp芯片连接，所述cpld芯片与flash存储器分别通过emif接口与所述dsp芯片连接，所述dsp芯片采用内核具有专用新指令与基于ti高级c64x+dsp架构代码的tms320c6455ztz7芯片；cpld芯片采用epm3256aqc208-10芯片；eeprom芯片采用at24c256bn芯片，两个ddr2芯片均采用mt47h128m16bt芯片，网络接口芯片采用phydjlxt971ale芯片，实现和上位机的数据通信；

所述的dsp主控制板中的cpld芯片与dsp总线接口之间通过16位数据线和20位地址总线连接，dsp总线接口分别与x轴信号合成器、y轴信号合成器以及位置信号反馈单元分别连接。

所述的x轴信号合成器包括四个da单元和x轴求和运放单元，所述的四个da单元分别为x轴主da单元、x轴增益da单元、x轴平移da单元、x轴旋转da单元；所述的y轴信号合成器包括四个da单元和y轴求和运放单元，所述的四个da单元分别为y轴主da单元、y轴增益da单元、y轴平移da单元、y轴旋转da单元，x轴信号合成器的四个da单元和y轴信号合成器的四个da单元均采用16位的数模转换芯片。

如图6所示，x轴信号合成器的输入与dsp总线接口的输出连接，x轴主da单元采用ad768芯片，x轴增益da单元、x轴平移da单元和x轴旋转da单元分别采用ltc1597芯片。x轴主da单元输出的x轴主扫描信号输出到x轴增益da单元的参考电压vref1端口，外置的参考电压源vr1端口与x轴平移da单元的参考电压vref2端口连接。x轴旋转da单元的参考电压vref3端口接收y轴主da单元输出的y轴主扫描信号，x轴增益da单元输出端、x轴平移da单元输出端和x轴旋转da单元输出端均与x轴求和运放单元的输入端连接；x轴求和运放单元的输出端将x轴位置数据通过x轴模拟量接口传输到纳米位移台。

如图7所示，y轴信号合成器的输入与dsp总线接口的输出连接，y轴主da单元芯片采用ad768芯片，y轴增益da单元、y轴平移da单元和y轴旋转da单元分别采用ltc1597芯片。y轴主da单元输出的y轴主扫描信号输出到y轴增益da单元的参考电压vref4端口，外置的参考电压源vr2端口与y轴平移da单元的参考电压vref5端口连接。y轴旋转da单元的参考电压vref6端口接收x轴主da单元输出的x轴主扫描信号。y轴增益da单元输出端、y轴平移da单元输出端和y轴旋转da单元输出端均与y轴求和运放单元的输入端连接；y轴求和运放单元的输出端将y轴位置数据通过y轴模拟量接口传输到纳米位移台。

如图8所示，所述的位置信号反馈单元包括x轴ad(模数转换)单元、y轴ad单元、模拟量输入接口和数字量输出接口。其中，数字量输出接口与dsp主控制板的dsp总线接口连接；模拟量输入接口与连接纳米位移台的x轴位置信号输出接口和y轴位置信号输出接口连接，x轴ad单元通过相应的模拟量输入接口接收x轴位置信号，并生成x轴反馈信号，将x轴反馈信号通过相应的数字量输出接口传输给dsp总线接口，y轴ad单元通过相应的模拟量输入接口接收y轴位置信号，并生成y轴反馈信号，将y轴反馈信号通过相应的数字量输出接口传输给dsp总线接口。

本发明还提供了一种纳米位移台扫描运动控制系统实现方法，所述方法具体包括以下步骤：

步骤一、dsp主控制板接收由上位机传输的驱动纳米位移台扫描运动所需的旋转角度、缩放比例以及平移距离。

步骤二、dsp主控制板对所述旋转角度、缩放比例和平移距离进行处理，获取x轴方向数据和y轴方向数据，将x轴方向数据分解成x轴方向的x轴主da单元数据、x轴增益da单元数据、x轴平移da单元数据和x轴旋转da单元数据，再作为x轴信号传输到x轴信号合成器内部相应的各个da单元；同时将y轴方向数据分解成y轴方向的y轴主da单元数据、y轴增益da单元数据、y轴平移da单元数据和y轴旋转da单元数据，将y轴主da单元数据、y轴增益da单元数据、y轴平移da单元数据和y轴旋转da单元数据作为y轴信号传输到y轴信号合成器内部相应的各个da单元。

步骤三、dsp主控制板启动扫描过程，x轴信号合成器和y轴信号合成器进行全16位码值输出操作；把x轴信号合成器对x轴信号处理后输出的x轴位置数据和y轴信号合成器对y轴信号处理后输出的y轴位置数据输出到纳米位移台。

步骤四、dsp主控制板接收由位置信号反馈单元反馈的x轴反馈信号和y轴反馈信号；所述位置信号反馈单元接收纳米位移台输出的x轴位置信号和y轴位置信号，并进行处理生成x轴反馈信号和y轴反馈信号，输出给dsp主控制板。

步骤五、dsp主控制板将接收的x轴反馈信号和y轴反馈信号反馈到上位机。

下面以本发明提供的控制系统驱动一个满行程范围是500um的纳米位移台为例讲述利用本发明控制系统实现的控制过程。

(1)通过调整x轴增益da单元和y轴增益da单元实现任意扫描尺寸的高分辨扫描运动。当纳米位移台进行全行程扫描运动时，即扫描范围为500um×500um。此时，在图6中，dsp主控制板通过dsp总线接口设定x轴主da单元采用全码值输出，从0逐一累加到65535。dsp主控制板通过dsp总线接口给x轴信号合成器发送x轴信号中的增益指令，设定x轴增益da单元的增益参数为最大值1。实现了以vref1电压信号幅值为参考，x轴增益da单元输出最大幅值信号给x轴求和运放单元，然后输出给纳米位移台的x轴模拟量接口，最终实现x轴方向500um的满行程输出。此时纳米位移台的最小步距为：

此7.63nm的最小步距适合于初步的扫描成像，进行初步的观察。在初步获得的大尺寸图形中确定需要进一步观察的局部区域后，在此局部区域进行小范围的扫描成像，进行更高分辨的细节观察。

例如需要对上述500um全图中心的50um范围进行更详细的扫描成像，则进行以下操作即可实现。此时x轴主da单元仍然采用全码值输出，从0逐一累加到65535。实现500um的满行程输出。dsp主控制板通过dsp总线接口给x轴信号合成器发送x轴信号中的增益指令，设定x轴增益da单元的增益参数为0.1。实现以vref1电压信号幅值为参考，x轴增益da单元输出信号幅值为最大输出幅值信号幅值的0.1倍。因此x轴求和运放单元的输出信号也为满行程输出的0.1倍，最终实现x轴方向50um的小行程输出。因为x轴主da单元依然是16位全码输出，所以纳米位移台的最小步距为：

如上例所示，应用本发明可以实现纳米位移台在x方向满行程范围的进行任意大小扫描区域扫描运动时，始终保持16位的最高分辨率输出能力。

由上式可以推导判断出，设定的扫描运动范围越小，理论输出的最小步距也越小，这完全符合了实际应用中对扫描范围越小，要求分辨率越高的客观要求。而且x轴增益da单元本身也是16位的数模芯片，因此具有极高精度的增益系数设置分辨率(1/65536)。

同理，利用图7所示的y轴信号合成器，可以实现纳米位移台在y轴方向满行程范围的进行任意大小扫描区域扫描运动运动时，始终保持16位的最高分辨率输出能力。而且y轴增益da单元本身也是16位的数模芯片，因此具有极高精度的增益系数设置分辨率(1/65536)。

(2)通过调整x轴旋转da单元和y轴旋转da单元参数实现任意角度的扫描运动区域。继续以上例中的50um×50um扫描区域为例，此前的x轴和y轴的增益参数保持不变。为了将此扫描区域旋转一定角度α以适合使用者的成像和观察需求，首先通过连接电缆把y轴信号合成器的y轴主扫描信号传输给x轴信号合成器的x轴旋转da单元的参考端入口vref3。dsp主控制板把x轴信号中的旋转指令发送给x轴旋转da单元，进行以y轴主扫描信号幅值为参考的输出控制，此输出信号经过x轴求和运放单元处理后传给纳米位移台x轴模拟量接口，实现纳米位移台的扫描运动过程中每个位置点的x轴坐标的旋转调整。

同理，在y轴方向，通过连接电缆把x轴信号合成器的x轴主扫描信号传输给y轴信号合成器的y轴旋转da单元的参考端入口vref6。dsp控制器把y轴信号中的旋转指令发送给y轴旋转da单元，进行以x轴主扫描信号幅值为参考的输出控制，此输出信号经过y轴求和运放单元处理后传给纳米位移台y轴模拟量接口，实现纳米位移台的扫描运动过程中每个位置点的y轴坐标的旋转调整。

在x轴信号合成器和y轴信号合成器的同步配合控制下，实现纳米位移台的整体扫描运动区域旋转。实际操作时，在一次扫描运动之前，根据具体的扫描范围和扫描方位，只需一次性分别设置x轴旋转da单元和y轴旋转da单元的旋转参数，即可实现纳米位移台行程范围之内的特定旋转角度的扫描运动，而不必在dsp主控制板中对每个运动点进行旋转角度的计算，节约实时运算时间。

(3)通过调整x轴位移da单元和y轴位移da单元参数实现扫描运动区域的平移。继续以上例中的50um×50um扫描区域为例，此前的x轴、y轴的增益参数和旋转参数均可以保持不变。上述对纳米位移台的扫描运动区域的增益和旋转操作都是以中心对称的方式进行的。实际工作中遇到扫描运动的区域不在纳米位移台中心区域时，则可以通过x轴平移da单元和y轴平移da单元来实现。

首先是根据具体的x轴平移距离要求，dsp主控制板通过dsp总线接口把x轴信号中的平移指令发送给x轴信号合成器的x轴平移da单元，进行以参考电压源vr1电压信号幅值为参考的输出控制，此输出信号经过x轴求和运放单元处理后传给纳米位移台x轴模拟量接口，实现纳米位移台的扫描运动过程中每个位置点的x轴坐标的平移调整。

同理，在y轴方向,根据具体的y轴平移距离要求，dsp主控制板通过dsp总线接口把y轴信号中的平移指令发送给y轴信号合成器的y轴平移da单元，进行以参考电压源vr2电压信号幅值为参考的输出控制，此输出信号经过y轴求和运放单元处理后传给纳米位移台y轴模拟量接口，实现纳米位移台的扫描运动过程中每个位置点的y轴坐标的平移调整。

在x轴信号合成器和y轴信号合成器的同步配合控制下，实现纳米位移台的整体扫描运动区域的平移操作。

经过上述增益、旋转以及平移等扫描运动区域参数设定后，dsp主控制板通过dsp总线接口控制x轴信号合成器的x轴主da单元和y轴信号合成器的y轴主da单元始终进行16位全码值的输出扫描信号操作，分别经过x轴求和运放单元和y轴求和运放单元后输出给纳米位移台，最终实现了纳米位移台始终以16位高分辨率完成扫描运动。

(4)通过位置信号反馈单元获取纳米位移台传输的x轴位置信号和y轴位置信号。在上述扫描运动过程中，纳米位移台的x轴位置信号和y轴位置信号分别通过位置信号反馈单元的模拟量输入接口分别输出给x轴ad单元和y轴ad单元进行模数转换，转换后的x轴反馈信号和y轴反馈信号分别通过数字量输出接口传输到dsp总线接口，dsp主控制板对接收的两种信号进行处理，实现对纳米位移台的扫描位置的实时监测。使用者可以根据dsp主控制板返回至上位机的x轴反馈信号和y轴反馈信号对旋转角度、缩放比例以及平移距离进行优化修正。

本发明提供一种能够控制纳米位移台进行高分辨扫描运动的控制系统及其实现方法。在硬件上通过多个da单元组合的方式，通过一次设定增益参数，在扫描范围缩小的情况下始终确保扫描运动控制信号保持16位高精度输出能力。有效提高了纳米位移台在小范围扫描运动时的扫描运动分辨率。同时，利用本发明可以在纳米位移台行程范围内，一次设定旋转参数和平移参数，即可控制纳米位移台以特定旋转角度和平移距离进行扫描运动角度方位和扫描区域的调整，而不必在dsp主控制板中对每个运动点进行旋转角度的计算，节约实时运算时间。