[实用新型]一种用于原子力显微镜的模拟数据采集控制器

说明书

技术领域

本实用新型属于模拟数据采集控制器技术领域，具体涉及一种基于DSP+ARM工业 处理器和FPGA的用于原子力显微镜的模拟数据采集控制器。

背景技术

原子力显微镜结构的原理示意图如图1所示，原子力显微镜的基本原理是：将一个 对微弱力极敏感的微悬臂(3)一端固定，另一端有一微小的针尖，针尖与样品(5)表 面轻轻接触，由于针尖尖端原子与样品表面原子间存在极微弱的排斥力，通过在扫描时 控制这种力的恒定，带有针尖的微悬臂将对应于针尖与样品表面原子间作用力的等位面 而在垂直于样品的表面方向起伏运动，激光发生器(1)的激光束经过微悬臂反射后，反 射光束也将随微悬臂的起伏而产生偏移，通过位置敏感检测器件(2)(如光电二极管) 检测光斑位置的变化，就能获得被测样品表面形貌的信息。扫描过程是，首先设定探针 与样本的相对位置，这样得到一个固定的传感器输出；在扫描中实时控制DA输出，DA 输出控制扫描平台的压电扫描管(4)，在扫描的每个位置，使传感器输出与最初设定值 一致，这样就可以通过AD采集的数据，DA控制输出的数据，对样本进行成像。

对于原子力显微扫面成像系统，目前普遍的做法是采用AD数据采集模块(即AD 数据采集卡)、DA控制模块(即DA控制卡)和计算机，计算机主机通过数据总线(如 PCI总线、USB总线等)与AD数据采集模块和DA控制模块进行连接。计算机主机从 AD数据采集模块获得数据，完成处理数据后，由DA控制模块输出控制信号。因此，一 套系统往往由多个设备组成，存在体积较大、连接线较多(容易导致工作不可靠)等缺 陷。并且，计算机由于操作系统的原因，控制周期较长；并且由于此类设备供电、连接 线等问题，往往精度不高，很难满足原子力显微扫面成像对高速、高精度的要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于DSP+ARM工业处理器 和FPGA的用于原子力显微镜的模拟数据采集控制器。该控制器以DSP+ARM工业处理 器为主控器，同时采用FPGA单元与AD和DA相结合的硬件设计，这种硬件电路结构 处理速度快，精度高，可以做到数据处理与数据采集的并行处理，从而提高AD数据采 集和DA输出控制的实时性。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种用于原子力显微镜的模拟数据采集控制器，包括一个DSP+ARM工业处理器和 一个FPGA单元；

所述DSP+ARM工业处理器选用美国TI公司的DSP+ARM工业处理器OMAP-L138；

所述FPGA单元采用一XC3S500E芯片，XC3S500E与OMAP-L138之间通过HPI 接口连接，XC3S500E分别通过SPI串行总线与AD采集模块和DA输出模块连接；

OMAP-L138通过USB接口连接计算机。

在上述技术方案中，AD采集模块与原子力显微镜的位置敏感检测器件连接；DA输 出模块与原子力显微镜的控制扫描平台的压电扫描管连接。

本实用新型的优点和有益效果为：

本实用新型以DSP+ARM工业处理器为主控器，同时采用FPGA单元与AD和DA 相结合的硬件设计，这种硬件电路结构处理速度快，精度高，可以做到数据处理与数据 采集的并行处理，从而提高原子力显微扫面成像的AD数据采集和DA输出控制的实时 性。

附图说明

图1是传统的原子力显微镜结构的原理示意图。

图2是实施例中的原子力显微镜结构的原理示意图。

图3是本实用新型中的模拟数据采集控制器的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

如图2所示，本实用新型的用于原子力显微镜的模拟数据采集控制器，采用一独立 的控制器对原子力显微镜进行AD信号采集和DA控制电压输出。

如图3所示，所述的独立的控制器包括一个DSP+ARM工业处理器和一个FPGA单 元；