专利名称：基于dsp和fpga的原子力显微镜控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种用于原子力显微镜的新型采集控制系统。
背景技术：
原子力显微镜的核心工作是控制探针和样品的移动并根据探针位置变化描绘出样品表面的图像，所以大数据量的信号采集与计算和高精度的控制是系统的核心。现有的原子力显微镜多采用单一的ARM或DSP作为采集控制的核心处理器，性能无法满足逐渐提升的对检测分辨率的要求。
发明内容为了解决上述存在的技术问题，本实用新型提供ー种速度更快，数据处理能力更强的用于原子力显微镜控制系统。本实用新型的目的是通过下述技术方案实现的基于DSP和FPGA的原子力显微镜控制系统，其特征在于包括四路模数转换器、FPGA芯片、DSP芯片和三路数模转换器；所述的四路数模转换器将原子力显微镜的四象限位置传感器信号转换后输入到FPGA芯片输入端；FPGA芯片通过数据总线与DSP芯片连接，DSP芯片将数据处理结果回传给FPGA芯片，FPGA芯片的输出端经由三路数模转换器与扫描台压电陶瓷连接。所述的FPGA芯片的输出端还分别与步进电机驱动器及Tapping驱动器连接。本实用新型的有益效果本实用新型采用上述结构，由于将FPGA作为信号采集端，解决了 ARM和DSP不能并行处理多路信号的瓶颈，更能保证数据的准确性，提高采集速度。并且利用DSP在信号处理上的优势，提高系统性能，进而提高检测分辨率。
图I是本实用新型所述的系统框图。图2是本实用新型所述的系统原理图。
具体实施方式
參照图I系统框图，本实用新型的核心处理器包括一片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负责数据采集和控制信号输出，利用其并行处理性能提高采集和控制灵敏度。FPGA和DSP之间通过高速总线通信，利用DSP超强的运算性能对来自FPGA的数据进行运算处理并给出控制方式。图2是系统的原理图，其中四象限位置传感器的的作用是获取探针的高度信息。位置传感器每个象限输出一路位置信号并通过运放放大。放大后的信号DAIXTDAT4信号线送入模数转换器广4进行数据转换，转换后的信号即为数字信号。模数转换器和FPGA之间的连接包括数据线D(TD15、控制信号RDY和0TR，FPGA对四路信号进行并行处理计算后送入DSP0 DSP和FPGA之间采用高速数据总线进行通信，包括数据线DA(TDA15、地址线AD3 AD9、控制信号线CE、CS、WE和DR，总线速度完全可以满足处理器之间高数速据传输的需求。DSP对探针位置信号进行分析处理，通过精密算法得出样品的移动轨迹，并将命令传给FPGA。FPGA通过3个数模转换器对扫描台压电陶瓷进行控制，以控制样品在X、Y和Z方向上的精确移动。FPGA和数模转换器之间通过CLK、LOAD、CS和SDI串行通信。上述过程反复运行，形成ー个闭环控制系统。以上扫描和控制过程为此系统的核心，通过增加FPGA处理器，DSP可以把更多资源放在运算处理上，而FPGA也可以发挥其在并行采集和控制上的优势。并且随着处理器性能的提升，整个扫描控制能力也将会有明显提高。除此之外，系统还可以完成其他辅助功能并可以根据需求进行扩展。FPGA可以通过CP和CW信号控制步进电机驱动器，进而控制步进电机动作，以便快速使样品逼近探针；FPGA还可以通过数据信号DD0 DD7，控制信号CLK、RST和FD控制Tapping驱动器以使探针产生周期性振动，以实现不同的扫描方式。DSP还可以通过信号线HD16 HD31、CLK和DIO扩 展以太网物理芯片以实现以太网通信功能。
权利要求1.基于DSP和FPGA的原子力显微镜控制系统，其特征在干包括四路模数转换器、FPGA芯片、DSP芯片和三路数模转换器； 所述的四路数模转换器将原子力显微镜的四象限位置传感器信号转换后输入到FPGA芯片输入端；FPGA芯片通过数据总线与DSP芯片连接，DSP芯片将数据处理结果回传给FPGA芯片，FPGA芯片的输出端经由三路数模转换器与扫描台压电陶瓷连接。
2.根据权利要求I所述的基于DSP和FPGA的原子力显微镜控制系统，其特征在于所述的FPGA芯片的输出端还分别与步进电机驱动器及Tapping驱动器连接。
专利摘要基于DSP和FPGA的原子力显微镜控制系统，包括四路模数转换器、FPGA芯片、DSP芯片和三路数模转换器；所述的四路数模转换器将原子力显微镜的四象限位置传感器信号转换后输入到FPGA芯片输入端；FPGA芯片通过数据总线与DSP芯片连接，DSP芯片将数据处理结果回传给FPGA芯片，FPGA芯片的输出端经由三路数模转换器与扫描台压电陶瓷连接。本实用新型采用上述结构，由于将FPGA作为信号采集端，解决了ARM和DSP不能并行处理多路信号的瓶颈，更能保证数据的准确性，提高采集速度。并且利用DSP在信号处理上的优势，提高系统性能，进而提高检测分辨率。
文档编号G05B19/042GK202661819SQ201220275120
公开日2013年1月9日 申请日期2012年6月12日 优先权日2012年6月12日
发明者董文博, 刘富忠, 陈少纯, 刘少来, 刘庆功, 王闯, 柳全乐, 赵志平 申请人:沈阳尚贤科技股份有限公司