1、基于DSP的SPM控制DSP系統(tǒng)構(gòu)成 輸入信號首先進(jìn)行帶限濾波和采樣，然后進(jìn)行A/D變換將信號變成數(shù)字比特流。根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，抽樣頻率至少必須是輸入帶限信號最高頻率的2倍。最后經(jīng)過D/A變換為模擬值，再進(jìn)行內(nèi)插或平滑濾波就可得到連續(xù)的模擬波形。 抗混疊濾波A/DDSP處理D/A平滑濾波輸入輸出DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)1.接口方便2.編程方便3.穩(wěn)定性好 受環(huán)境溫度以及噪聲的影響小，可靠性高4.精度高 16位數(shù)字系統(tǒng)可達(dá)到10-5 的精度5.可重復(fù)性好6.集成方便DSP系統(tǒng)的特點(diǎn)7.DSP系統(tǒng)的高速時(shí)鐘可能帶來高頻干擾和電磁泄露的問題8.DSP系統(tǒng)消耗的功率比較大SPM的基本組成Schematic

2、 of SPM with a single DAC for the control of scanning,scaling,and offset of each axisSchematic of SPM with three DACs for the control of scanning,scaling,and offset of each axis結(jié)論最初，看起來好像LSB越多，信號的分辨率越高，動態(tài)范圍也越大。但是這對于SPM系統(tǒng)來說，并不成立。典型的SPM圖像包含512個(gè)象素，這與DAC的位數(shù)沒有關(guān)系。組成這些象素的信息是在每個(gè)象素中這些LSB的平均。例如，如果掃描一個(gè)100m x 1

3、00m 的圖像，象素為512 x 512 結(jié)論 每個(gè)象素是200nm寬，對于16位DAC包含了128LSBs，對于20位DAC包含了2048個(gè)LSBs。由于每個(gè)象素包含很多的LSBs，向素和圖像看起來基本一致。DAC的位數(shù)本身不會限制分辨力和動態(tài)范圍，而是取決于單一的或三個(gè)DAC結(jié)構(gòu)。DSP的功能使用DSP可以提高SPM的自動控制、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)顯示和數(shù)據(jù)分析的能力。1.通過控制壓電陶瓷產(chǎn)生X,Y向的掃描2.測量隧道電流和調(diào)節(jié)探針的高度3.控制壓電陶瓷Z向的運(yùn)動4.接收PC的命令和向PC傳送圖像數(shù)據(jù)Control compensator 由于從模擬信號轉(zhuǎn)換到數(shù)字信號會產(chǎn)生分辨力誤差和采樣延遲，

4、需要有PI補(bǔ)償器來保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。DSP軟件DSP軟件的功能分為三種：一種是任務(wù)操作。例如，開反饋。開反饋操作將使DSP啟動定時(shí)器，完成：采樣-反饋計(jì)算-DAC轉(zhuǎn)換-再采樣。第二種是模式操作。例如，開始掃描獲取圖像數(shù)據(jù)、I-V曲線、F-Z曲線等，這類操作將使DSP從監(jiān)控狀態(tài)進(jìn)入各種不同的SPM工作模式，并向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。第三種是參數(shù)操作。例如，改變反饋參數(shù)，改變隧道電流設(shè)置點(diǎn)，DSP軟件關(guān)反饋、改變掃描角度、改變DAC輸出電壓、返回監(jiān)控態(tài)等等。DSP算法DSP算法有X,Y掃描算法和反饋算法。根據(jù)X向、Y向都保持勻速運(yùn)動，實(shí)時(shí)改變掃描角度時(shí)調(diào)節(jié)掃描范圍的模型可以設(shè)計(jì)X,Y

5、掃描算法；數(shù)字反饋算法使用增量式PI調(diào)試算法。數(shù)據(jù)采集中的參數(shù)在數(shù)據(jù)采集中，可選擇的參數(shù)包括：掃描范圍、步長、掃描中心的偏移、在每一點(diǎn)采樣的次數(shù)、延遲時(shí)間、是否正反向掃描和在高分辨率圖像顯示終端上顯示圖像的大小等等。數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)分析可對數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘平面背底扣除、數(shù)據(jù)平滑、快速Fourier變換、插值和統(tǒng)計(jì)分析以及各種濾波方法的運(yùn)用。軟件的流程框圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開始顯示主form圖像處理模 塊系統(tǒng)掃描模 塊參數(shù)設(shè)置模 塊系統(tǒng)幫助模 塊軟件的流程框圖 系統(tǒng)掃描模塊完成主控信號的產(chǎn)生與發(fā)送、數(shù)據(jù)的采集、其他各個(gè)模塊之間的調(diào)度等功能，參數(shù)設(shè)置模塊完成x,y,z 3個(gè)方向的定標(biāo)、以及其他各個(gè)參數(shù)的整定等功能，圖像處理模塊主要完成圖像的處理和顯示。 系統(tǒng)