基于DSP的新型数字式SPM系统硬件方案研究

　　sPM(seanningProbeMieroseope)即扫描探针显微镜，是一种集多种现代技术于一身的新型表面分析仪器，它是世界上分辨率最高的显微镜，也是研究纳米技术的最有力的工具。　近年来，数字信号处理器(DSI〕)在各种数字化仪器中得到了广泛应用。这些数字化仪器易于维护、操作自动化程度高、功能强大、配置极其灵活，与传统仪器相比有着明显的优势。随着I〕SP应用的普及，其性价比越来越高，因此成为各种仪器数字化的首选方案。目前国外已经研制出基于DSp的全数字化SPM系统，并且已经商品化。国内目前进行类似研究的尚不多见。本文将介绍利用Tl的TMS320C6713芯片对SPM系统的数字化方案。

　　1基于PCI卡的SPM系统结构

　　基于PC工的SPM系统采用PCl卡形式的A/D、D/A板，PC机通过该PCI卡与SPM头部及控制器进行操作。如图1所示。

　　这种结构有如下缺点:

　　(1)实现A/D、D/A、1/0功能的PCI插卡需要开PC机箱插拔。

　　(2)PC机箱内的开关电源对高精度的A/D、D/A环节有很大干扰。

　　(3)PCI卡的底层驱动在某些机器上不兼容。

　　(4)PC直接对底层进行操作，达不到通用平台的要求。

　　(5)由于PCI卡每次只能对一路信号寻址，限制了系统的实时性。

　　(6)闭环PID调节由模拟电路实现，参数整定不够灵活。

        鉴于上述体系的缺点，设计了一种新型的基于DSP的数字式SPM系统。

　　2DSP主控板的结构以及与PC机的接口

　　T入JS32oc6713是Tl新推出的32位浮点DSP，其时钟频率为15oMHz，最高可达到225MHz。在15oMHz主频时运算能力可高达900MFL()PS，并且采用了超长机器指令字(VLIW)结构，单周期可执行多条指令，实现了很高的指令并行效率，另外内部8个独立的功能单元最多可以每周期执行8条32位指令，也使得指令并行度大大提高。其独特的指令打包技术减少了代码容量。另外该芯片内部集成的32位高性能外部接口(EMIF)提供了与外部同步/异步存储器的直接接口，也为外部IO空间的扩展提供了方便。本系统内OSP与SPM头部以及与上位机的数据交换都是通过EMIF完成的。另外，TMS320C6713芯片内核和1/0分别采用1.2v和3.3v供电，有效地降低了功耗。由于TMS320C6713在运算速度、片内资源和功耗等方面的突出优点，被广泛应用于数字信号领域。

　　TMS320C6713内部有192KBRAM，另外还有64KB既可以配置为内部RAM也可以配置为高速Cache，所以理论上6713内部的RAM最高可达到256KB，基本上满足了需要。但是为了设计上的灵活性以及便于今后软硬件的升级，仍然扩展了一片外部RAM。芯片选用的是MT48Lc4M16AZ，具有4M又16bit，映射在CEO空间。与1〕SP的接口如图2所示。