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基于DSP的SPM控制 DSP系统构成 输入信号首先进行带限滤波和采样，然后进行A/D变换将信号变成数字比特流。根据奈奎斯特抽样定理，抽样频率至少必须是输入带限信号最高频率的2倍。最后经过D/A变换为模拟值，再进行内插或平滑滤波就可得到连续的模拟波形。 DSP系统的特点 1.接口方便 2.编程方便 3.稳定性好 受环境温度以及噪声的影响小，可靠性高 4.精度高 16位数字系统可达到10-5 的精度 5.可重复性好 6.集成方便 DSP系统的特点 7.DSP系统的高速时钟可能带来高频干扰和电磁泄露的问题 8.DSP系统消耗的功率比较大 SPM的基本组成 Schematic of SPM with a single DAC for the control of scanning,scaling,and offset of each axis Schematic of SPM with three DACs for the control of scanning,scaling,and offset of each axis 结论 最初，看起来好像LSB越多，信号的分辨率越高，动态范围也越大。但是这对于SPM系统来说，并不成立。典型的SPM图像包含512个象素，这与DAC的位数没有关系。组成这些象素的信息是在每个象素中这些LSB的平均。例如，如果扫描一个100μm x 100μm 的图像，象素为512 x 512 结论 每个象素是200nm宽，对于16位DAC包含了128LSBs，对于20位DAC包含了2048个LSBs。由于每个象素包含很多的LSBs，向素和图像看起来基本一致。DAC的位数本身不会限制分辨力和动态范围，而是取决于单一的或三个DAC结构。 DSP的功能 使用DSP可以提高SPM的自动控制、数据采集、实时显示和数据分析的能力。 1.通过控制压电陶瓷产生X,Y向的扫描 2.测量隧道电流和调节探针的高度 3.控制压电陶瓷Z向的运动 4.接收PC的命令和向PC传送图像数据 Control compensator 由于从模拟信号转换到数字信号会产生分辨力误差和采样延迟，需要有PI补偿器来保持系统的稳定性和提高系统的响应时间。 DSP软件 DSP软件的功能分为三种：一种是任务操作。例如，开反馈。开反馈操作将使DSP启动定时器，完成：采样---反馈计算---DAC转换---再采样。第二种是模式操作。例如，开始扫描获取图像数据、I-V曲线、F-Z曲线等，这类操作将使DSP从监控状态进入各种不同的SPM工作模式，并向PC机发送数据。第三种是参数操作。例如，改变反馈参数，改变隧道电流设置点， DSP软件 关反馈、改变扫描角度、改变DAC输出电压、返回监控态等等。 DSP算法 DSP算法有X,Y扫描算法和反馈算法。根据X向、Y向都保持匀速运动，实时改变扫描角度时调节扫描范围的模型可以设计X,Y扫描算法；数字反馈算法使用增量式PI调试算法。 数据采集中的参数 在数据采集中，可选择的参数包括：扫描范围、步长、扫描中心的偏移、在每一点采样的次数、延迟时间、是否正反向扫描和在高分辨率图像显示终端上显示图像的大小等等。 数据分析 数据分析可对数据进行最小二乘平面背底扣除、数据平滑、快速Fourier变换、插值和统计分析以及各种滤波方法的运用。 软件的流程框图 系统结构 软件的流程框图 系统扫描模块完成主控信号的产生与发送、数据的采集、其他各个模块之间的调度等功能，参数设置模块完成x,y,z 3个方向的定标、以及其他各个参数的整定等功能，图像处理模块主要完成图像的处理和显示。 系统扫描模块由于要对其他模块实行调度，作用尤为重要。 扫描模块框图 * * 抗混叠 滤波 A/D DSP 处理 D/A 平滑 滤波 输入 输出 开始 显示主form 图像处理 模 块 系统扫描 模 块 参数设置 模 块 系统帮助 模 块