基于dsp的数控扫描隧道显微镜研制

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1、华中师范大学硕士学位论文基于DSP的数控扫描隧道显微镜研制姓名：李小飞申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：李志扬20070611摘要STM具有原子量级的分辨率，在纳米检测、纳米电子学、纳米材料等领域有重要应用。将DSP与STM相结合，实现STM仪器的全数字化，使得仪器结构更加简洁、性能更加稳定、功能更加灵活，是STM仪器发展的一个重要方向。本论文设计研制了一套基于DsP的数控STM，它采用TMS320VC5416做主处理器，全面负责STM扫描成像的整个过程，包括x、Y向扫描控制和z向高度反馈控制，以及隧道电流采集等，同

2、时通过串口把图像数据传送给计算机进行后期处理、显示和存储，极大地减轻了计算机的负担。在所研制的数控STM中，我们采用转换时间为21ns的14位D／A转换器AD7840和转换时间为30ns的12位D／A转换器AD565分别控制STM压电陶瓷管的x、Y和z向高精度运动，同时采用转换时间为1．6us的12位A，D转换器MAXl20来采集隧道电流，用CPLD控制整个扫描成像过程，使得X，Y向扫描精度达到0．1nm，Z向控制精度达到0．01rim，反馈控制速度达到500KHz，满足STM扫描成像的精度和速度要求。论文在CCS环境下编制了

3、TMS320VC5416的控制软件，同时采用VHDL语言实现了基于CPLD的逻辑控制，实验调试获得了正确的x、Y和Z向信号。实验表明本论文设计的基于DSP的数控STM比基于ISA总线的数控STM在反馈控制速度方面提高约5倍左右，从而为仪器的稳定运行奠定了基础。关键字：扫描隧道显微镜；DSP；CPLDAbstractWithitsatomicscaleresolutionscanningtunnelingmicroscope(STIr0hasfoundwideapplicationinlotsoffields，suchasnan

4、o-mesurement，nano-electxonics，nano-materials,etc．Incorporationofdigitalsignalprocessor(DSP)tomakemllydi西吐zedSTMhasbeo：0meallimportantapproachinSTMinstrumentation．Itpr；ovid∞moresimplicityforinstrumentsmlcture，morestabilityofperformanceandmoreflexibilityoffunctionalit

5、y．ThethesisdevelopedafullydigitizedSTMemployingaDSPchip，TMS320VC5416,whichtake,chargeofallthelogicalcontroloftheoperationsuch笛XYscanmovementandfeedbackadjustmentofthetipheightalongZdirection,theacquisitionofthetunnelingcurrent．etc．TheiHlagedataweretransmittedtoacomp

6、uterviaserialinterfac它forpost—ocessin舀displayandstorage,whichgreatlydecreasedthebllI_denofthecomputer．InabovedigitizedSTM14bitD／AconvertersAD7840withaconversiontimeof21nsand12bitD，AconvertersAD565withaconversiontimeof21nswe糟usedforhighprecisionX,YandZmovementcontrol

7、oftheSTMpiez-electrotuberespectively．Me锄winlea12bitA／DCOl3VerterMAXl20withaconversiontimeof1．6usWasusedfortunnelingcurrentacquisition．ThewholeimagescanprocesswasunderthecontrolofaCPLD．Asaresult，ax,Ymovementprecisionof0，lnm,aZmovetnentprecisionofO．01nmandafeedbackcon

8、trolspeedof500KHzw6Terealized,whichmeetwelltherequirementsforSTMinstntment．ForsoftwaredesignthecontrolprogramforTMS320VC5416wascomposedund