基于FPGA的原子力顯微鏡快速控制嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著納米科技領(lǐng)域研究的不斷深入和發(fā)展，研究對(duì)象的尺度在不斷縮小；同時(shí)在與其他學(xué)科相結(jié)合的過(guò)程中，研究環(huán)境也從靜態(tài)逐漸擴(kuò)展為動(dòng)態(tài)，這些都對(duì)納米研究工具的精度和速度提出了更高的要求。
　　 原子力顯微鏡(Atomic Force Microscope，AFM)作為納米研究與操作的重要工具，因其廣泛的適用性受到了更多的關(guān)注。但是，受工作原理及機(jī)械結(jié)構(gòu)等限制，也非盡善盡美，同樣存在著諸多問(wèn)題。為了改進(jìn)它的各方面性能，科研工作者從不同的角

2、度提出了多種解決方案，其中基于算法的改進(jìn)是最多的，也相對(duì)成熟。但是，在利用硬件驗(yàn)證或?qū)崿F(xiàn)這些算法的過(guò)程中，原有PC單機(jī)處理或是傳統(tǒng)的數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備因計(jì)算速度達(dá)不到期望的要求而造成了新的瓶頸。因此，論文提出了基于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的解決方案，替代傳統(tǒng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制算法，并充分利用其在時(shí)序邏輯和并行計(jì)算方面的優(yōu)勢(shì)，改善原子力顯微鏡掃描過(guò)程中控制的實(shí)時(shí)性和精度的問(wèn)題。

3、>　　 首先，本文給出了基于FPGA的原子力顯微鏡快速控制嵌入式系統(tǒng)整體架構(gòu)及硬件組成，并就其各部分功能、性能要求進(jìn)行簡(jiǎn)要的介紹。
　　 其次，本文針對(duì)原子力顯微鏡用戶(hù)擴(kuò)展接口與核心FPGA數(shù)字控制之間需要的特定的信號(hào)處理和轉(zhuǎn)換等任務(wù)，設(shè)計(jì)了獨(dú)立的PCB電路，從而實(shí)現(xiàn)模數(shù)信號(hào)間的良好過(guò)渡和傳遞。該P(yáng)CB電路中包含了負(fù)責(zé)電壓幅值調(diào)整的運(yùn)放電路和數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，并制定了合理的穩(wěn)壓電源供給方案。
　　 再次，本文對(duì)利用F

4、PGA實(shí)現(xiàn)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法和具體實(shí)現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。一方面，基于FPGA的嵌入式開(kāi)發(fā)方法簡(jiǎn)單靈活且易于更新優(yōu)化，增強(qiáng)了該控制系統(tǒng)研發(fā)的通用性和可讀性；同時(shí)通過(guò)例化、調(diào)用等方式，使得研發(fā)工作能夠把更多的精力用于不同控制算法的實(shí)現(xiàn)，而不是各硬件模塊底層驅(qū)動(dòng)或數(shù)據(jù)流管理，從而體現(xiàn)了基于FPGA進(jìn)行快速控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的便利和優(yōu)勢(shì)。
　　 最后，充分利用軟、硬結(jié)合的方法，給出硬件配置步驟?；谙到y(tǒng)需求，利用Quartus軟件在SOPC