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显微镜基于ARM原子力显微镜数据采集和输出制约系统

收藏本文 2024-03-31 点赞:10292 浏览:37097 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:原子力显微镜是一种用于表面浅析、原子与分子操纵、纳米加工与制造的仪器,广泛运用在物理、化学、生命科学、力学、信息存储、纳米科技等领域。本论文根据原子力显微镜的工作原理,设计一种基于ARM处理器的原子力显微镜的数据采集与制约系统。系统采取ARM9系列的S3C2440处理器,采取16位6通道的AD芯片ADS8556实现对原子力显微镜的正压力信号、摩擦力信号、信号总强度三路信号的同步、实时、高速、高精度的采集,采取16位4通道的DA芯片DAC8574实现对原子力显微镜的X、Y、Z三路扫描信号实时、高速、高精度、同步的数模转换输出。考虑到扩展运用和功能需要,设计了必要的电路,包括电源电路、USB接口电路、串口电路、以太网接口电路、JTAG接口电路、液晶屏接口电路,键盘电路等。制作出PCB电路板并焊接,完成整个硬件电路的设计。软件测试方面,在ADS1.2开发环境下编写了基于SPI总线的AD程序和基于I2C总线的DA程序,经测试验证ADS8556和DAC8574在S3C2440的制约下正常工作。本系统为以后开展进行原子力显微镜的综合运用提供了一个硬件平台,另外也可以作为通用的独立的数据采集、数据输出的硬件平台。关键词:原子力显微镜论文ARM论文S3C2440论文数据采集论文ADS8556论文DAC8574论文

    摘要5-6

    ABSTRACT6-7

    致谢7-13

    第一章 绪论13-18

    1.1 课题背景13-16

    1.1.1 原子力显微镜的基本原理13-15

    1.1.2 原子力显微镜的电子反馈制约系统15

    1.1.3 ARM 处理器概述15-16

    1.2 课题的探讨内容16-17

    1.3 论文的内容安排17-18

    第二章 采集与制约系统的总体设计18-21

    2.1 系统设计的技术指标18-19

    2.2 系统设计的总体案例19-20

    2.3 本章小结20-21

    第三章 硬件电路设计21-42

    3.1 S3C2440 处理器介绍21-23

    3.2 电源电路23-24

    3.3 复位电路24-25

    3.4 串行接口电路25-26

    3.5 USB 接口电路26-28

    3.6 JTAG 接口电路28

    3.7 以太网接口电路28-30

    3.8 键盘电路30

    3.9 液晶屏接口电路30-31

    3.10 模数转换电路设计31-37

    3.10.1 ADS8556 的基本特性31-34

    3.10.2 ADS8556 的工作方式34-35

    3.10.3 ADS8556 与 S3C2440 的接口电路设计35-37

    3.11 数模转换电路设计37-39

    3.11.1 DAC8574 的基本特性37-38

    3.11.2 DAC8574 的工作方式38-39

    3.11.3 DAC8574 与 S3C2440 的接口电路设计39

    3.12 电路板设计历程中遇到的不足39-41

    3.13 本章小结41-42

    第四章 硬件模块的软件调试42-57

    4.1 ADS 集成开发环境42-43

    4.2 ADS8556 的接口程序设计43-48

    4.2.1 SPI 总线原理43-44

    4.2.2 S3C2440 的 SPI 接口44

    4.2.3 S3C2440 的 SPI 接口制约寄存器44-46

    4.2.4 ADS8556 的接口程序设计46-48

    4.3 DAC8574 的接口程序设计48-55

    4.3.1 I2C 总线特点48

    4.3.2 S3C2440 的 I~2C 接口48-49

    4.3.3 DAC8574 的 I~2C 总线数据传输49-54

    4.3.3.1 DAC 8574 的数据传输50-52

    4.3.3.2 标准方式和快速方式传输协议52-53

    4.3.3.3 高速方式传输协议53-54

    4.3.4 DAC8574 的接口程序设计54-55

    4.4 AD 和 DA 电路调试55-56

    4.5 本章小结56-57

    第五章 总结与展望57-58

    5.1 论文总结57

    5.2 对今后工作的展望57-58

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