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时间:2019-10-09
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1、2021/7/151基于DSP6416为控制核心的SPM系统2021/7/152大纲DSP概念SPM概念及基本原理TMS320C6416TDSK板介绍DSP6416与SPM的硬件连接DSP6416与SPM的软件连接2021/7/153大纲DSP概念SPM概念及基本原理TMS320C6416TDSK板介绍DSP6416与SPM的硬件连接DSP6416与SPM的软件连接2021/7/154DSP概念DSP(digitalsignalprocessor)是一种独特的微处理器,是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号,转换为0或1的数字信号。再对数
2、字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序,远远超过通用微处理器,是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度,是最值得称道的两大特色。2021/7/155DSP主要特点及优点DSP主要特点在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法运算;程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数据;片内具有快速RAM,通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问;快速的中断处理和硬件I/O支持;支持流水线操作,使取指、译码和执行等操作可以重叠执行:
3、可以并行执行多个操作。DSP优点受温度、环境等外部因素影响小;容易实现集成可以分时复用,共享处理器;方便调整处理器的系数实现自适应滤波;可用于频率非常低的信号。2021/7/156大纲DSP概念SPM概念及基本原理TMS320C6416TDSK板介绍DSP6416与SPM的硬件连接DSP6416与SPM的软件连接2021/7/157SPM发展介绍1982年,纳米科技研究的重要仪器扫描隧道显微镜STM(ScanningTunnelingMicroscopy),开创纳米仪器的新时代。扫描探针显微镜(ScanningProbeMicroscope,SPM)是在STM
4、的基础上在1986发展起来的各种新型探针显微镜(包括AFM,MFM,EFM等)。STMAFM2021/7/158SPM特点SPM是综合运用光电子技术、激光技术、微弱信号检测技术、精密机械设计和加工、自动控制技术、数字信号处理技术、应用光学技术、计算机高速采集和控制及高分辨图形处理技术等现代科技成果的光、机、电一体化的高科技产品。它具有分辨率极高(原子级分辨率),实时性,对样品无特殊要求,可在大气、常温环境甚至是溶液中成像,同时具备纳米操纵及加工功能、系统及配套相对简单、廉价等优点。2021/7/159SPM原理以AFM为例:2021/7/1510大纲DSP概念
5、SPM概念及基本原理TMS320C6416TDSK板介绍DSP6416与SPM的硬件连接DSP6416与SPM的软件连接2021/7/1511TMS320C6416TDSK板介绍2021/7/1512TMS320C6416TDSK性能指标TMS320C6416TDSK开发板的主要性能指标和特点如下:采用TMS320C6416定点DSP核,运行在1GHz的工作频率;DSP核具有六个算术逻辑单元(ALU),每个ALU都支持32位、16位、8位算术运算;片上具有两个乘法器,每个时钟周期支持4个16×16位或者8个8×8位的乘法运算;集成16MB的DRAM,有足够大的
6、空间存储采集的数据;同时具备两个EMIF(ExternalMemoryInterfaces)接口,内存可最大扩展到1280M-Byte;具有三个定时器和十六个通用输入输出接口(General-PurposeI/O,GPIO);开发板提供嵌入式SPM控制系统所需的通信接口,包括1个HPI接口和3个McBSP接口。2021/7/1513大纲DSP概念SPM概念及基本原理TMS320C6416TDSK板介绍DSP6416与SPM的硬件连接DSP6416与SPM的软件连接2021/7/1514SPM系统的硬件总体设计嵌入式SPM控制系统分为探头、电子控制系统和计算机系
7、统三个子系统。探头系统主要包括探针、前置放大器,步进装置等,是SPM测量技术平台的执行机构。电子控制系统是SPM测量技术平台的核心部分,一方面对测量到的信号进行各种运算和处理,交付给计算机系统;另一方面,解析计算机输出的命令,驱动SPM各部分进行工作。计算机系统则提供人机交换的界面。2021/7/1515SPM系统的硬件设计需要分析精度----噪音一般是来自电源的地回路干扰和一些高频率切换的数字信号,因此有效地抑制干扰源,有利于提高SPM的信噪比。稳定性与可靠性----SPM系统的工作是一个十分耗时的测量过程,需要控制系统在长时间内保持正常工作,这就需要高稳定
8、和可靠的控制系统来响应各种外来环境的变
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