新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 基于CPLD的壓電生物傳感器檢測電路設(shè)計(jì)

基于CPLD的壓電生物傳感器檢測電路設(shè)計(jì)

作者: 時(shí)間:2010-08-13 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  介紹了一種基于復(fù)雜可編程邏輯器件()的壓電。該以高性能(MAX7128)為核心,實(shí)現(xiàn)了對壓電10MHz高頻信號的測量與采集,以及所采集的頻率數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)顯示以及頻率數(shù)據(jù)串行通信等功能。該電路體積小、集成度高,具有可靠性高、實(shí)時(shí)性高的特點(diǎn)。此外該系統(tǒng)還可以通過RS-232串行接口與計(jì)算機(jī)連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)存儲及分析。詳細(xì)闡明了系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)硬件部分的實(shí)現(xiàn),并給出了內(nèi)核仿真結(jié)果和數(shù)據(jù)采集軟件實(shí)測頻率曲線。

  國內(nèi)外基于壓電石英晶體微天平技術(shù)的檢測儀器大多數(shù)使用自行設(shè)計(jì)的振蕩電路盒,使用高分辨的頻率計(jì)數(shù)器測量頻率輸出,然后進(jìn)行定時(shí)人工記數(shù),儀器復(fù)雜,自動(dòng)化程度低。微型壓電采用當(dāng)前最有發(fā)展前景的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)為核心器件設(shè)計(jì)而成。目前,CPLD集成度可達(dá)25萬等效門,工作速度可達(dá)180MHz。它借助自動(dòng)化程度高的內(nèi)核程序開發(fā)工具,可以大大縮短系統(tǒng)的計(jì)周期,而且數(shù)據(jù)采集可以由一塊CPLD芯片完成,整個(gè)系統(tǒng)的硬件規(guī)模明顯減小。在系統(tǒng)的研制階段,由于CPLD器件引腳比較靈活,又有可擦除可編程的能力,因此對原設(shè)計(jì)進(jìn)行修改時(shí),只需要修改原設(shè)計(jì)文件再對CPLD芯片重新編程即可,而不需要修改電路布局,更不需要重新加工印刷線路板,這就大大提高了系統(tǒng)的靈活性。結(jié)合壓電生物傳感器特性,研制一種微型化的壓電傳感器檢測電路有十分重要的意義。

  1 壓電生物傳感器原理

  壓電石英晶體頻移ΔF與在晶體表面均勻吸附的極薄層剛性物質(zhì)量Δm之間存在正比關(guān)系,由Sauerbrey方程描述,并且對于AT切割的石英晶體,可得到Sauerbrey方程式:

基于CPLD的壓電生物傳感器檢測電路設(shè)計(jì)

  式中,ΔF、Fq(晶體基頻)、Δm、A單位分別為Hz、Hz、g。cm-2、cm2。石英晶片在氣相中振蕩時(shí),Δf與Δm呈簡單的線性關(guān)系,因此石英晶片可用來做非常敏感的質(zhì)量檢測器,其檢測限可以達(dá)到ng級(10-9g。cm-2),甚至pg(10-12g。cm2)級水平。

  根據(jù)壓電石英晶體傳感器的原理設(shè)計(jì)了一種微型化的壓電傳感器檢測電路,其檢測原理為在傳感器上預(yù)先固定與待測物能發(fā)生親和反應(yīng)的“探針”,檢測待測物時(shí),隨著親和反應(yīng)的進(jìn)行,檢測電路實(shí)時(shí)跟蹤反應(yīng)過程,記錄傳感器上質(zhì)量變化引起頻率變化,再通過上述定量關(guān)系式計(jì)算待測物的量,其靈敏度可以達(dá)到納克級水平,結(jié)合納米金技術(shù)可將傳感器的靈敏度提高3~5倍。

  2 電路硬件設(shè)計(jì)

  微型壓電傳感器檢測電路是經(jīng)過前幾代儀器的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和改進(jìn)基礎(chǔ)上完成的。它摒棄以往TTL集成電路或MCS51單片機(jī)為核心電路波動(dòng)大,穩(wěn)定性差,電路板繪制復(fù)雜,不利于升級換代的缺點(diǎn),選擇使用ALTERA公司生產(chǎn)的復(fù)雜可編程邏輯器件(CPLD)MAX7128為核心,基于RS232通信方式的串行接口數(shù)據(jù)采集分析平臺。該系統(tǒng)分為7個(gè)模塊:電源供電模塊,RS-232電平轉(zhuǎn)換模塊,振蕩電路模塊,時(shí)鐘模塊,數(shù)碼顯示模塊,MAX7128內(nèi)核模塊。其電路線路板布局如圖1所示。

基于CPLD的壓電生物傳感器檢測電路設(shè)計(jì)

  圖1硬件結(jié)構(gòu)圖


上一頁 1 2 3 下一頁

關(guān)鍵詞: FPGA CPLD 生物傳感器 檢測電路

評論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉