一種用于原子力顯微鏡的模擬數(shù)據(jù)采集控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于模擬數(shù)據(jù)采集控制器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于DSP+ARM工業(yè)處理器和FPGA的用于原子力顯微鏡的模擬數(shù)據(jù)采集控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]原子力顯微鏡結(jié)構(gòu)的原理示意圖如圖1所示，原子力顯微鏡的基本原理是:將一個對微弱力極敏感的微懸臂(3) —端固定，另一端有一微小的針尖，針尖與樣品(5)表面輕輕接觸，由于針尖尖端原子與樣品表面原子間存在極微弱的排斥力，通過在掃描時控制這種力的恒定，帶有針尖的微懸臂將對應(yīng)于針尖與樣品表面原子間作用力的等位面而在垂直于樣品的表面方向起伏運動，激光發(fā)生器(I)的激光束經(jīng)過微懸臂反射后，反射光束也將隨微懸臂的起伏而產(chǎn)生偏移，通過位置敏感檢測器件(2)(如光電二極管)檢測光斑位置的變化，就能獲得被測樣品表面形貌的信息。掃描過程是，首先設(shè)定探針與樣本的相對位置，這樣得到一個固定的傳感器輸出；在掃描中實時控制DA輸出，DA輸出控制掃描平臺的壓電掃描管(4)，在掃描的每個位置，使傳感器輸出與最初設(shè)定值一致，這樣就可以通過AD采集的數(shù)據(jù)，DA控制輸出的數(shù)據(jù)，對樣本進行成像。
[0003]對于原子力顯微掃面成像系統(tǒng)，目前普遍的做法是采用AD數(shù)據(jù)采集模塊(S卩AD數(shù)據(jù)采集卡)、DA控制模塊(即DA控制卡)和計算機，計算機主機通過數(shù)據(jù)總線(如PCI總線、USB總線等)與AD數(shù)據(jù)采集模塊和DA控制模塊進行連接。計算機主機從AD數(shù)據(jù)采集模塊獲得數(shù)據(jù)，完成處理數(shù)據(jù)后，由DA控制模塊輸出控制信號。因此，一套系統(tǒng)往往由多個設(shè)備組成，存在體積較大、連接線較多(容易導(dǎo)致工作不可靠)等缺陷。并且，計算機由于操作系統(tǒng)的原因，控制周期較長;并且由于此類設(shè)備供電、連接線等問題，往往精度不高，很難滿足原子力顯微掃面成像對高速、高精度的要求。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于DSP+ARM工業(yè)處理器和FPGA的用于原子力顯微鏡的模擬數(shù)據(jù)采集控制器。該控制器以DSP+ARM工業(yè)處理器為主控器，同時采用FPGA單元與AD和DA相結(jié)合的硬件設(shè)計，這種硬件電路結(jié)構(gòu)處理速度快，精度高，可以做到數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)采集的并行處理，從而提高AD數(shù)據(jù)采集和DA輸出控制的實時性。
[0005]本實用新型是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]一種用于原子力顯微鏡的模擬數(shù)據(jù)采集控制器，包括一個DSP+ARM工業(yè)處理器和一個FPGA單元；
[0007]所述DSP+ARM工業(yè)處理器選用美國TI公司的DSP+ARM工業(yè)處理器0MAP-L138;
[0008]所述FPGA單元采用一 XC3S500E芯片，XC3S500E與0MAP-L138之間通過HPI接口連接，XC3S500E分別通過SPI串行總線與AD采集模塊和DA輸出模塊連接；
[0009 ] OMAP-Ll 38通過USB接口連接計算機。
[0010]在上述技術(shù)方案中，AD采集模塊與原子力顯微鏡的位置敏感檢測器件連接;DA輸出模塊與原子力顯微鏡的控制掃描平臺的壓電掃描管連接。
[0011 ]本實用新型的優(yōu)點和有益效果為:
[0012]本實用新型以DSP+ARM工業(yè)處理器為主控器，同時采用FPGA單元與AD和DA相結(jié)合的硬件設(shè)計，這種硬件電路結(jié)構(gòu)處理速度快，精度高，可以做到數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)采集的并行處理，從而提高原子力顯微掃面成像的AD數(shù)據(jù)采集和DA輸出控制的實時性。
【附圖說明】
[0013]圖1是傳統(tǒng)的原子力顯微鏡結(jié)構(gòu)的原理示意圖。
[0014]圖2是實施例中的原子力顯微鏡結(jié)構(gòu)的原理示意圖。
[0015]圖3是本實用新型中的模擬數(shù)據(jù)采集控制器的結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合具體實施例進一步說明本實用新型的技術(shù)方案。
[0017]如圖2所示，本實用新型的用于原子力顯微鏡的模擬數(shù)據(jù)采集控制器，采用一獨立的控制器對原子力顯微鏡進行AD信號采集和DA控制電壓輸出。
[0018]如圖3所示，所述的獨立的控制器包括一個DSP+ARM工業(yè)處理器和一個FPGA單元；
[0019]所述DSP+ARM工業(yè)處理器作為本模擬數(shù)據(jù)采集控制器的主控芯片，其選用美國TI公司的DSP+ARM工業(yè)處理器OMAP-Ll 38，該芯片包含一個ARM926EJ-S的ARM9內(nèi)核和一個可進行浮點運算的TMS320C674x的DSP內(nèi)核;其中，ARM9內(nèi)核運行嵌入式Linux操作系統(tǒng)，用于與上位PC控制端進行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信，運行應(yīng)用程序，解析數(shù)據(jù)等;DSP內(nèi)核運行控制算法，對采集的AD數(shù)據(jù)進行處理，通過預(yù)設(shè)的算法，控制DA輸出；
[0020]所述FPGA單元采用一 XC3S500E芯片，XC3S500E與0MAP-L138之間通過HPI接口連接，XC3S500E分別通過SPI串行總線與AD采集模塊和DA輸出模塊連接;通過FPGA單元與AD和DA相結(jié)合，可以做到數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)采集的并行處理，從而提高AD數(shù)據(jù)采集和DA輸出控制的實時性;其中，AD采集模塊與原子力顯微鏡的位置敏感檢測器件2連接，進行AD信號采集；DA輸出模塊與原子力顯微鏡的控制掃描平臺的壓電掃描管4連接，進行DA控制電壓輸出；[0021 ] OMAP-Ll 38還設(shè)置一 USB接口模塊，0MAP-L138通過該USB接口模塊與計算機連接，0MAP-L138連接的計算機作為人機交互機，并非如【背景技術(shù)】中所述的作為數(shù)據(jù)處理機使用。
[0022]以上對本實用新型做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本實用新型的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費創(chuàng)造性勞動的等同替換均落入本實用新型的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于原子力顯微鏡的模擬數(shù)據(jù)采集控制器，其特征在于:包括一個DSP+ARM工業(yè)處理器和一個FPGA單元； 所述DSP+ARM工業(yè)處理器選用美國TI公司的DSP+ARM工業(yè)處理器0MAP-L138; 所述FPGA單元采用一 XC3S500E芯片，XC3S500E與0MAP-L138之間通過HPI接口連接，XC3S500E分別通過SPI串行總線與AD采集模塊和DA輸出模塊連接； 0MAP-L138通過USB接口連接計算機。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于原子力顯微鏡的模擬數(shù)據(jù)采集控制器，其特征在于:AD采集模塊與原子力顯微鏡的位置敏感檢測器件連接;DA輸出模塊與原子力顯微鏡的控制掃描平臺的壓電掃描管連接。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用于原子力顯微鏡的模擬數(shù)據(jù)采集控制器，包括一個DSP+ARM工業(yè)處理器和一個FPGA單元；所述DSP+ARM工業(yè)處理器選用美國TI公司的DSP+ARM工業(yè)處理器OMAP-L138；所述FPGA單元采用一XC3S500E芯片，XC3S500E與OMAP-L138之間通過HPI接口連接，XC3S500E分別通過SPI串行總線與AD采集模塊和DA輸出模塊連接；OMAP-L138通過USB接口連接計算機。本實用新型以DSP+ARM工業(yè)處理器為主控器，同時采用FPGA單元與AD和DA相結(jié)合的硬件設(shè)計，這種硬件電路結(jié)構(gòu)處理速度快，精度高，可以做到數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)采集的并行處理，從而提高原子力顯微掃面成像的AD數(shù)據(jù)采集和DA輸出控制的實時性。
【IPC分類】G05B19/042
【公開號】CN205210625
【申請?zhí)枴緾N201521080741
【發(fā)明人】郝銘, 譚新田, 曹利峰
【申請人】天津市南開太陽高技術(shù)發(fā)展有限公司
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2015年12月20日