基于FPGA的扫描离子电导显微镜的控制器及控制方法

摘要

基于FPGA的扫描离子电导显微镜的控制器及控制方法，包括分别与上位机和PID求解单元相连的通信单元；PID求解单元分别与信号采集单元、PWM输出单元和控制单元相连；时钟单元用于统一操作时序。在初始化并设定参数后，信号采集单元采集反馈信号，PID求解单元求解出控制量，当反馈信号大于其阈值时，PWM输出单元控制直流无刷电机带动探针和托盘移动，当反馈信号小于等于其阈值时，控制单元控制压电陶瓷带动托盘移动，同时反馈信号和控制量传输至上位机进行显示，重复上述步骤至满足控制目标或接到结束命令为止。本发明用于对样品扫描成像的控制，体积小，提高了鲁棒性和智能性，能在保持分辨率的前提下，提高观测成像速度。

主权项

基于FPGA的扫描离子电导显微镜的控制器，其特征在于：包括基于FPGA平台上的时钟单元、通信单元、PID求解单元、信号采集单元、控制单元以及PWM输出单元；其中通信单元通过与上位机通讯得到预设的控制目标，并将控制目标传送给PID求解单元；信号采集单元采集反馈信号，并将反馈信号传送给PID求解单元；PID求解单元根据控制目标和反馈信号求解出控制量；当实时的反馈信号大于反馈信号的阈值时，PID求解单元将控制量传送给PWM输出单元，PWM输出单元根据控制量控制直流无刷电机带动扫描离子电导显微镜的探针和托盘在微米级尺度上进行移动；当实时的反馈信号小于等于反馈信号的阈值时，PID求解单元将控制量传送给控制单元，控制单元根据控制量控制压电陶瓷带动扫描离子电导显微镜的托盘在纳米级尺度上进行移动，从而进行扫描离子电导显微镜扫描观测实验；时钟单元用于统一FPGA平台上各单元的操作时序。