基于FPGA的微流控芯片電泳控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
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信號(hào)調(diào)理模塊由電流轉(zhuǎn)電壓I―V電路、低通濾波電路組成。I―V電路的輸入為光電倍增管的電流輸出。I―V電路芯片采用的是安森美半導(dǎo)體公司的 MC33501，該芯片的輸入偏置電流典型值為40 fA，非常適用于微弱光電流信號(hào)的測(cè)量。反饋電阻選取1 MΩ的標(biāo)稱值，可將1μA的電流轉(zhuǎn)換為1 V的電壓。轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器OP07組成的二階巴特沃茲低通濾波器，其截止頻率可設(shè)置在1 Hz以下。A／D模塊采用TI公司的12位串行A／D轉(zhuǎn)換器ADS7818。該芯片僅8個(gè)引腳，采用串口方式控制和輸出數(shù)據(jù)。如圖2所示，對(duì)A／D模塊進(jìn)行控制只需占用FPGA的3個(gè)控制端口(CONV、CLK、DATA)。FPGA可編程使用的I／O端口數(shù)目多達(dá)196個(gè)，在除去其他芯片的控制端口后，足以勝任同時(shí)控制30個(gè)A／D模塊的工作。這也意味著可同時(shí)對(duì)30個(gè)PCR芯片實(shí)施數(shù)據(jù)采集。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/191922.htm
高壓控制模塊由TI公司的D／A芯片TLV5630和高壓模塊實(shí)現(xiàn)。高壓模塊的輸出與其輸入控制電壓成正比。TLV5630具有8通道的12位輸出，可以使高壓模塊的電壓步進(jìn)精確控制在1 V量級(jí)。FPGA通過(guò)RS232接口與溫度模塊通信，通過(guò)發(fā)送命令字與接收返回信息來(lái)控制溫度。
系統(tǒng)需要接口將數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)，而計(jì)算機(jī)的命令參數(shù)也通過(guò)此接口下載至本系統(tǒng)中。USB2．0接口的傳輸速率達(dá)到480 Mb／s，可勝任快速傳回?cái)?shù)據(jù)的任務(wù)。本文采用USB2．0接口作為系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)通信的接口，USB的通信芯片選用Cypress公司的 CY7C268013A，工作模式為SlaveFIFO方式。
3 程序編碼
程序編碼包括3部分：一是采用VerilogHDL語(yǔ)言對(duì)FPGA編程；二是對(duì)CY7C68013A的固件編程；三是WindowsXP環(huán)境下驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)以及上位機(jī)控制軟件的編程。與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，F(xiàn)PGA的控制模塊包括A／D模塊、D／A模塊、RS232模塊、USB模塊以及狀態(tài)機(jī)模塊。模塊共用同一個(gè)時(shí)鐘與復(fù)位信號(hào)。除狀態(tài)機(jī)模塊外，其他模塊都將信號(hào)封裝為狀態(tài)輸出、命令輸入、選通輸入、數(shù)據(jù)輸出4個(gè)部分，由狀態(tài)機(jī)模塊對(duì)其實(shí)施控制。如圖3所示，狀態(tài)機(jī)模塊讀取USB模塊從上位機(jī)得來(lái)的命令并翻譯，然后對(duì)所指定的模塊輸入命令或者讀取信息，最后返回操作成功信息。FPGA擅長(zhǎng)于高速的邏輯與時(shí)序控制，便于控制具體的芯片，但不適于整體復(fù)雜的流程控制。采用這種方式編程的好處在于，避免了FPGA復(fù)雜的流程控制編程，而將這一任務(wù)交給上位機(jī)去完成。
評(píng)論