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化学、物理、生命科学、材料科学等的飞速发展对其研究工具的性能要求也越来越高。以STM(Scanning Tunnelling Microscope)和AFM(Atomic Force Microscope)为代表的SPM(Scanning Probe Microscope)等是这些领域在原子量级研究的主要工具,因此提高这些工具的性能能够更好的促进相关领域科学的进步和技术革新。传统的STM、AFM等都是利用在单个扫描周期内电压与时间成正比的锯齿波信号作为压电陶瓷扫描管的快轴驱动电压。如果将正弦驱动电压作为快速扫描驱动信号可以很好地改善压电扫描管在驱动电压下达到最大位移时运动方向发生改变而造成的机械滞后,从而提高AFM的扫描成像速度。这种通过改变驱动信号而实现在时间上改善扫描速度的方法为研究高速扫描提供了一个新的途径,启发我们寻找最优的驱动信号。在对四分电极式压电陶瓷扫描管的特性分析后,利用一个可控的集成锯齿波和正弦驱动信号的驱动系统驱动扫描管,最终对两种驱动信号的结果进行比对证明理论的正确性。论文同时研究了在正弦信号驱动下相应的三维图象构建技术。本文提出的这种实现高速扫描方案,是利用正弦信号作为SPM在快速扫描方向的驱动信号。根据理论分析,当压电陶瓷管在正弦驱动信号下到达最大偏移位置时,其运动速度为零随后将改变运动速度方向并使得压电陶瓷管反向运动。文章将给出一套适合于SPM的基于TMS320VC5402的DSP的X-Y高速扫描驱动信号发生器的设计方案并通过对比实验结果说明该改进方法的合理性。本文主要内容包括:1.通过研究国内外的在快速扫描方面的成果,总结了影响AFM成像速度的各种因素及其解决方法,并提出了本文的观点;2.为了设计适合于本系统的驱动信号,本文研究了正弦信号发生的主要技术和理论;3.采用DSP控制的方法设计了SPM压电扫描管驱动系统,包括:快轴扫描信号发生电路(正弦波和锯齿波发生电路)、慢轴扫描信号发生电路;4.根据驱动信号的特征设计了系统辅助部分,包括:X、Y向偏移驱动、快轴与慢轴转换控制;5.为了整个驱动系统的完整性,本论文组建了高电压放大电路、以及整个电源系统;6.根据理论分析和数学运算研究了适合于正弦驱动信号的三维图象构建技术;7.为了验证设计方案的正确性,本文进行了系统调试和实验结果分析。