基于DSP的數字掃描探針顯微鏡的硬件解決方案研究
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技術(shù)方案與實(shí)用技巧
SPM系統方案及其缺陷
現有的SPM系統主要基于PCI形式，該方案中，計算機通過(guò)PCI卡和SPM控制板保持通信，整個(gè)電子控制系統的流程圖如圖1所示。
此系統由掃描器、電子控制板和控制處理軟件三部分組成，其中掃描器是執行部分，它通過(guò)步進(jìn)馬達和壓電陶瓷管的三維伸縮來(lái)實(shí)現掃描探針對樣品表面的掃描；控制處理軟件是中央控制部分，通過(guò)控制軟件可設置掃描參數、對掃描過(guò)程實(shí)行實(shí)時(shí)調節和監控（再線(xiàn)掃描控制）以及對掃描圖像進(jìn)行分析
雖然基于PCI形式的系統在一般控制、傳輸速度及成像效果上都能達到基本要求，但作為精密儀器，其效果還遠不夠，主要缺點(diǎn)如下：
（1）PC機的開(kāi)關(guān)電源對高精度的A/D，D/A芯片干擾太大。
（2）PCI卡每次只能對一路信號尋址，系統的實(shí)時(shí)性較低。
（3）由于需要較大的計算資源開(kāi)銷(xiāo)并要運行一個(gè)復雜的非線(xiàn)性校正算法，該控制板需要一個(gè)處理能力強的處理器。
（4）存儲器及握手方式不夠理想。
系統設計思想
為了解決上述缺點(diǎn)，筆者給出了一種基于DSP的新型數字式SPM系統的設計方案，新方案的系統框圖如圖2所示。
該方案和圖1的明顯區別的是，圖2方案在SPM控制板上添加了一塊DSP芯片，SPM控制板和計算機信息交換將先通過(guò)DSP作相應處理，然后再送至對方，DSP和計算機的通信采用全雙工RS-232串口通信方式。
DSP控制板的結構和功能
經(jīng)過(guò)對SPM儀器的控制流程、時(shí)序要求、掃描方式、反饋模型和實(shí)時(shí)性進(jìn)行全面分析，并對幾種DSP芯片的性能的比較，本設計決定采用TI公司的54X系列DSP芯片，該系統的DSP的運算處理速度、處理精度、功耗都能滿(mǎn)足SPM應用系統的反饋要求。
TMS320VC5416是TI公司的16位定點(diǎn)DSP，其時(shí)鐘頻率為160MHz，能夠實(shí)現高速運算（160MIPS）和大容量存儲，片上有128
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