随着生物研究和纳米科技的不断发展进步，人们对微观世界的物体探索越来越深入，这就对微观领域的观测工具提出了更高的速度和精度要求。原子力显微镜(Atomic Force Microscope，AFM)因此占有重要的地位。传统的原子力显微镜硬件控制系统一般是基于PC或基于PC-DSP（Digital Signal Processor，数字信号处理器）的架构，在实时性方面不够理想，并且外围电路往往精度不够高。基于上述原因，本文针对生命科学等领域的实际需要，设计并实现了一种基于FPGA（Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）+DSP结构的原子力显微镜硬件控制系统，以实现原子力显微镜跨尺度，高速高精度成像的要求。　　首先，本文介绍了原子力显微镜三级运动平台结构，并根据系统的性能要求，设计了针对此结构的基于FPGA+DSP的硬件控制系统整体架构，包括各级平台与控制系统间所需信号及传输过程，各模块具体实现方式，规划了各部分需要实现的功能。　　其次，本文根据以上硬件控制系统总体方案，设计了信号处理部分的硬件电路，包括对所有芯片供电的电源电路、激光检测信号的幅值转换电路、与数字控制系统相连的模数/数模转换电路，完成了这些单元电路的原理图和PCB设计;通过功率放大器对压电陶瓷的驱动信号进行放大，实现了原子力显微镜信号检测设备和数字控制系统之间，以及二级、三级运动平台和数字控制系统之间的信号变换和传输。　　再次，本文根据硬件控制系统方案设计了以DSP芯片为核心的数字信号处理电路以及以FPGA芯片为核心的数字信号控制电路，完成了芯片选型、原理图设计，PCB制版与调试。　　最后，本文根据嵌入式系统开发流程，利用QuartusⅡ软件设计了基于FPGA的软件模块，包括模数/数模转换模块接口、DSP模块接口及译码部分，利用CCS开发了DSP与上位机及下位机通信程序，并对各个单元模块进行了测试，通过实验结果验证了所设计的基于FPGA+DSP结构的硬件控制系统的正确性。