DSP和CPLD在扫描探针显微镜中应用关景新,丁喜冬,.PDF

DSP 与 CPLD 在扫描探针显微镜中的应用 关景新，丁喜冬，冯天恩 (光电材料与技术国家重点实验室 广州 510275 中山大学物理科学与工程技术学院 广州 510275) 摘 要： 扫描探针显微镜(Scanning Probe Microscope, SPM)经过二十多年的发展,已进入成 熟期；应用必威体育精装版的计算机软硬件技术实现SPM控制的优化及性价比的提高是该领域目前的研 究热点之一。本文主要介绍DSP和CPLD在SPM控制系统的应用，并详细论述了具体的设计 方案及软硬件的实现。通过采用将先进的DSP与小规模的CPLD相结合的方案，研制了一套 新颖的SPM控制系统。测试表明该系统具有性能稳定、功能可扩展等显著特点。 关键词：数字信号处理(DSP)，复杂可编程逻辑器件(CPLD)，扫描探针显微镜（SPM ） 中图分类号: TP273＋.5 文献标识码: A The application of DSP and CPLD in Scanning Probe Microscope GUAN Jing-xin, DING Xi-dong, FENG Tian-en (The State Key Laboratory of Optoelectronic Materials and Technologies，Guangzhou 510275， China ；School of Physics Engineering，Sun Yat-sen University，Guangzhou 510275，China) Abstract: Scanning Probe Microscopy (SPM) is now on its way to adolescence through twenty years from its invention. Nowadays ，one of its research area is focused on the optimization of the control and the improvement of its cost-effective, utilized various advanced software and hardware techniques. The application of DSP and CPLD in a SPM control system is presented in this paper with its realization described in details. By employing a DSP and a CPLD in the same system, a novel SPM control system is developed. Experimental tests indicate that the control system has many distinct features, such as its stability and expandability. Keyword: DSP, CPLD, Scanning Probe Microscopy (SPM) 1 SPM 及其控制系统 扫描探针显微镜（Scanning Probe Microscope, SPM）控制探针在样品表面进行扫描，分 析两者之间的相互作用，实现对原子到分子尺度的表面结构成像与测量[1] 。SPM经过20多年 的发展已趋于成熟[2]，体现在应用的常规化、仪器的商品化以及控制系统的标准化等方面。 [3] 早期的SPM控制系统是基于个人计算机（PC ）形式 ，计算机既要实时控制数据的采集 与发送，又要进行图像的后处理。这类控制系统存在很多缺点，如计算机的噪声干扰大、系 统的实时性难以保证以及功能不易于扩展等。后来，有人提出基于DSP 的SPM控制系统[4] 。 DSP作为控制核心，PC机作为监控机构，使得控制可以移植到计算机主机外，不仅减少了计 算机的干扰，而且在仪器的可维护性、功能实现的灵活性和开放性等方面都有着明显的优势。 最近，有人提出基于ARM[5]或