一种用于原子力显微镜的模拟数据采集控制器的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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) —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(I)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。
[0003]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(S卩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】
[0004]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。
[0005]本实用新型是通过以下技术方案实现的:
[0006]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；
[0007]所述DSP+ARM工业处理器选用美国TI公司的DSP+ARM工业处理器0MAP-L138;
[0008]所述FPGA单元采用一 XC3S500E芯片，XC3S500E与0MAP-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；
[0009 ] OMAP-Ll 38通过USB接口连接计算机。
[0010]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。
[0011 ]本实用新型的优点和有益效果为:
[0012]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】
[0013]图1是传统的原子力显微镜结构的原理示意图。
[0014]图2是实施例中的原子力显微镜结构的原理示意图。
[0015]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】
[0016]下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。
[0017]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。
[0018]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；
[0019]所述DSP+ARM工业处理器作为本模拟数据采集控制器的主控芯片，其选用美国TI公司的DSP+ARM工业处理器OMAP-Ll 38，该芯片包含一个ARM926EJ-S的ARM9内核和一个可进行浮点运算的TMS320C674x的DSP内核;其中，ARM9内核运行嵌入式Linux操作系统，用于与上位PC控制端进行网络数据通信，运行应用程序，解析数据等;DSP内核运行控制算法，对采集的AD数据进行处理，通过预设的算法，控制DA输出；
[0020]所述FPGA单元采用一 XC3S500E芯片，XC3S500E与0MAP-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;通过FPGA单元与AD和DA相结合，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;其中，AD采集模块与原子力显微镜的位置敏感检测器件2连接，进行AD信号采集；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4连接，进行DA控制电压输出；[0021 ] OMAP-Ll 38还设置一 USB接口模块，0MAP-L138通过该USB接口模块与计算机连接，0MAP-L138连接的计算机作为人机交互机，并非如【背景技术】中所述的作为数据处理机使用。
[0022]以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种用于原子力显微镜的模拟数据采集控制器，其特征在于: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0MAP-L138; 所述FPGA单元采用一 XC3S500E芯片，XC3S500E与0MAP-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； 0MAP-L138通过USB接口连接计算机。2.根据权利要求1所述的一种用于原子力显微镜的模拟数据采集控制器，其特征在于: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。
【专利摘要】本实用新型公开了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。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。
【IPC分类】G05B19/042
【公开号】CN205210625
【申请号】CN201521080741
【发明人】郝铭, 谭新田, 曹利峰
【申请人】天津市南开太阳高技术发展有限公司
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月20日