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题名	基于AFM快速扫描的正弦驱动设计; 基于AFM快速扫描的正弦驱动设计
作者	1黄鹏,电工研究所
学位类别	硕士
答辩日期	2009-06-01
授予单位	中国科学院电工研究所
导师	1方光荣,电工研究所
关键词	FPGA 高速原子力显微镜 正弦驱动信号 位移传感器 FPGA, High-speed AFM, Sine Driving Signal, displacement sensor
其他题名	基于AFM快速扫描的正弦驱动设计
中文摘要	原子力显微镜（Atomic Force Microscope，简称为AFM），是扫描探针显微镜这个庞大家族中的一员。由于其对样品导电性、制备的预处理要求简单，甚至可以在液态环境中成像，且具有原子量级的分辨率，三维成像等等独特的优势，使其在高分子生物及单原子生物、生物医学、材料科学乃至畜牧业方面得到广泛应用。 传统的原子力显微镜在扫描速度与扫描范围上限制了其应用的广度与深度，本文通过对原子力显微镜快速扫描基本理论的学习，针对快速扫描的特点，设计以ALTERA公司CYLONE系列型号为EP1C6Q240C8的FPGA为核心的正弦驱动信号的装置，将传统的三角波驱动改为正弦波驱动，避免X方向三角波高次谐波的共振以及换相速度过快对扫描速度的限制。该装置包括信号产生模块和数据采集模块两大部分。信号产生模块用以产生XY平面的两路驱动信号，分别为X方向的三角波与Y方向的正弦波；信号处理模块用以采集AFM系统中探针的位移信号，并对位移信号数据进行处理，进而实现等位移的触发AFM扫描，避免正弦波信号的非线性问题。 装置的主控FPGA芯片外部配置SDRAM、FLASH以及与其配套的配置芯片。并选择了分辨率、精确度以及速度符合本系统要求的D/A与A/D芯片，并且完成整个电路板的设计与PCB制作。 最后，本文通过实验，验证了整个驱动系统在以PC104为控制核心的AFM平台上运行正常稳定，通过标准光栅样品进行扫描，验证得到了速度较快时，正弦波的驱动效果优于三角波。 AFM (Atomic Force Microscope), is a member of a large family called SPM (Scanning Probe Microscope), which is widely used in Polymeric Biology, Monatomic Biology, Material Science and even Animal Husbandry fields. It is because that the samples can be nonconductors and do not need the complicated pre-treatments. What is more, AFM can work in the liquid environment and can scan 3-dimension image of the sample. The application of traditional AFM is intensely limited by its speed and scale of scan. Through studying of basic theory of high speed scan of Atomic Force Microscopy, this paper presents a design of sine driving system combining the characteristic of fast AFM. This design used FPGA as core processor which is from ALTERA Corporation named EP1C6Q240C8 in the serious of Cyclone. And this design includes the D/A sine signal generator and the A/D signal processing blocks. This paper presents the experiments which use sine as the driving signal substuting the traditional triangle signal and use D/A chip to gather the displacement signal to work out the nonlinear problem of sine driving with the strategy of triggering AFM at every constant displacement interval. The FPGA is configured with SDRAM and Flash in order to provide the programme with operating space and storage units. After selecting the most eligible chips of A/D and D/A, the writer designed and made the PCB experiment board. At last, this thesis presents the tests of the driving system which is used in the PC104 controlled AFM. The experiments of scanning standad grating shows that sine signal works better than triangle signal when the scan speed of AFM is about higher than 50Hz.
语种	中文
公开日期	2010-10-18
页码	79
分类号	TM1
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.iee.ac.cn/handle/311042/7181]
专题	电工研究所_其他部门_其他部门_硕士学位论文
推荐引用方式 GB/T 7714	1黄鹏,电工研究所. 基于AFM快速扫描的正弦驱动设计, 基于AFM快速扫描的正弦驱动设计[D]. 中国科学院电工研究所. 2009.

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