依照頻譜儀表的微型機(jī)扼制給力電機(jī)程序的預(yù)設(shè)

發(fā)布于：08-17

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，能很容易地利用計(jì)算機(jī)通過(guò)I/O接口來(lái)直接產(chǎn)生各種方波信號(hào)，從而通過(guò)LabVIEW編程完成各種復(fù)雜的控制算法，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)?；谔摂M儀器的計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)如所示，進(jìn)給脈沖經(jīng)驅(qū)動(dòng)器后，驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)，一個(gè)脈沖使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)固定的角度，改變進(jìn)給脈沖的個(gè)數(shù)或頻率就可以改變步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行速度。



基于虛擬儀器的計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)框圖在SPM系統(tǒng)中，控制它的正傳、反轉(zhuǎn)及啟動(dòng)和停止，從而實(shí)現(xiàn)樣品與微探針的自動(dòng)逼近。步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)樣品臺(tái)上升，即進(jìn)針，反轉(zhuǎn)帶動(dòng)樣品臺(tái)的下降
。逼近系統(tǒng)框圖如所示，計(jì)算機(jī)通過(guò)可重配置I/O接口與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相連，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，從而實(shí)現(xiàn)樣品-探針間距的調(diào)節(jié)。



逼近系統(tǒng)框系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)該程序的控制對(duì)象為步進(jìn)電機(jī)，根據(jù)SPM硬件控制系統(tǒng)的邏輯控制單元的設(shè)計(jì)，步進(jìn)電機(jī)的A、B、C、D四相均分配有相應(yīng)的端口地址，在軟件上對(duì)步進(jìn)電機(jī)以ABCD或DCBA的順序讀取相應(yīng)的端口，即可使步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，從而使樣品臺(tái)/針尖上升或下降。在軟件控制方面，利用計(jì)算機(jī)中LabVIEW程序進(jìn)行控制，通過(guò)PXI-7831R的D/A接口實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器之間的通信，連接方式如下：計(jì)算機(jī)通過(guò)PXI-7831R的D/A接口與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的脈沖輸入端（CPI端）相連，另一個(gè)PXI-7831R的D/A接口與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的正/反轉(zhuǎn)端（CW/CCW端）相連，PXI-7831R卡的地線（GND）與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的公共端（COM）相連。



逼近系統(tǒng)的工作過(guò)程：樣品放置在由XYZ掃描器驅(qū)動(dòng)的樣品臺(tái)后，由計(jì)算機(jī)的軟件控制系統(tǒng)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，使樣品逐漸接近探針。



同時(shí)，計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)的采集探針-樣品間的原子力信號(hào)（AFM）發(fā)現(xiàn)信號(hào)突變時(shí)，說(shuō)明針尖與樣品表面發(fā)生了力的作用。當(dāng)信號(hào)達(dá)到預(yù)置值時(shí)，計(jì)算機(jī)立即輸出一個(gè)控制信號(hào)使步進(jìn)電機(jī)停止，同時(shí)，由于Z向的負(fù)反饋?zhàn)饔?，使探針迅速回縮，從而避免了針尖與樣品表面的接觸。然后，計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器輸出單步信號(hào)，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)單步上升或單步下降，以便根據(jù)需要調(diào)節(jié)原子力狀態(tài)的深淺，以滿足不同樣品的觀察需要。程序流程圖和界面如示。



結(jié)束語(yǔ)分析和研究并采用了基于虛擬儀器的計(jì)算機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的新方法。利用計(jì)算機(jī)通過(guò)I/O接口來(lái)直接產(chǎn)生各種方波信號(hào)，采用LabVIEW編程完成控制算法，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，提高了逼近系統(tǒng)的自動(dòng)化性能和控制精度。