【摘 要】
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扫描针显微镜(SPM)是一种在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用，集多种现代技术为一体的新型表面分析仪器。数字信号处理器(DSP)是一种专用于实时数字处理的芯片，其优越的性能
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扫描针显微镜(SPM)是一种在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用，集多种现代技术为一体的新型表面分析仪器。数字信号处理器(DSP)是一种专用于实时数字处理的芯片，其优越的性能和低廉的价格已经成为了SPM数字化的首选。国外已把DSP技术用于数字SPM的研制并商品化，最近在国内也出现了类似的SPM产品。但在大多数产品中，DSP与计算机的通信都是基于PCI接口。这使得计算机电源对SPM模拟电路产生的周期性噪音无法隔离开来。另一方面，有少数SPM产品的DSP与计算机通信是基于串口或并口，它的最高通讯速率为1.5MB/s。随着对SPM实时性的要求日益提高，低通信速率将成为限制SPM实时性的瓶颈。
本文描述了在本研究小组自主研发的扫描探针显微镜基础上，对SPM控制系统电路和实时控制软件进行重新构造，建立了一种以DSP为控制核心的扫描探针显微镜控制系统。在控制系统电路设计和实现中，控制核心已从计算机转移到DSP上，使得计算机从采集和发送同时又要图像显示的繁重任务中释放出来，从而提高了实时性。DSP与计算机之问通信，是以LJSB2.0作为接口。其最高通信速率达到480MB/s，能够满足SPM实时性需求。在SPM的数字电路与模拟电路之间引入了光电隔离系统，使原先计算机电源对SPM的模拟电路产生的周期性噪音得以有效隔离，为建立高精度的扫描探针显微镜打下坚实的基础。在软件的设计和实现中，采用分层和模块化以及面向对象的设计方法，使得程序易于维护和理解。软件提供开放性可扩展接口，用户能够方便地添加新设备，并能方便地在此开放性接口上进行二次开发。整套仪器运行良好，有较高的可靠性和实时性。
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