QCM傳感器的生物芯片檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 QCM傳感器的生物芯片檢測(cè)電路的設(shè)計(jì) EPM7128的83腳是全局時(shí)鐘，外接工作用的時(shí)鐘信號(hào)。該時(shí)鐘信號(hào)可以使用有源晶振來(lái)產(chǎn)生，也可以使用無(wú)源晶振加振蕩器產(chǎn)生。EPM7128的14、71、23、62腳分別是TDI、TDO、TMS、TCK端，是JTAG編程口。EPM7128也是采用在線編程方式開展程序的燒寫，采用JTAG在線編程。其他引腳基本上都是I/O口，可根據(jù)需要指定。本設(shè)計(jì)中可編程邏輯器件EPM7128和51單片機(jī)AT89S52共有13根線相連，開展數(shù)據(jù)通訊和控制，其中OUTPUT0OUTPUT7是數(shù)據(jù)通訊，SEL0SEL2是AT89S52對(duì)EPM7128的

2、片選控制信號(hào)，INT則是EPM7128對(duì)AT89S52發(fā)出的中斷控制信號(hào)。 軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)中ALTERA公司可編程邏輯器件EPM7128的內(nèi)核程序采用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言編寫，使用MAX+plusII10.1編譯系統(tǒng)或Quartus II 4.2編譯系統(tǒng)編譯，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了分頻、頻率計(jì)數(shù)、數(shù)據(jù)選擇等功能。51單片機(jī)AT89S52用C語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程，使用Keil C51編譯系統(tǒng)編譯。 可編程邏輯器件EPM7128的頂層電路 頂層電路如圖4所示，由分頻模塊、計(jì)數(shù)模塊、數(shù)據(jù)選擇模塊組成，分頻模塊和計(jì)數(shù)模塊采用Verilog HDL硬件描述語(yǔ)言編寫，數(shù)據(jù)選擇模塊用圖形輸入方式。12

3、M的振蕩信號(hào)送到EPM7128的CLK端，經(jīng)過分頻模塊后變成10Hz的頻率信號(hào)給計(jì)數(shù)模塊提供基準(zhǔn)時(shí)基。AT89S52給EPM7128的RST端提供復(fù)位RST信號(hào)，使EPM7128復(fù)位，開始記錄差頻器送到EPM7128的CLKX1端的頻率信號(hào)。記時(shí)時(shí)間到，EPM7128的輸出端INT發(fā)出中斷信號(hào)，通知單片機(jī)接收數(shù)據(jù)。由于計(jì)數(shù)模塊的計(jì)時(shí)器是32位的，因此通過3個(gè)8位的二選一數(shù)據(jù)選擇器，在單片機(jī)給出的SEL0SEL2片選信號(hào)控制下，分時(shí)選擇從EPM7128的輸出端OUTPUT7OUTPUT0輸出的8位數(shù)據(jù)信號(hào)到AT89S52的P0數(shù)據(jù)口。 圖4 可編程邏輯器件EPM7128的頂層電路 可編程邏輯器件

4、EPM7128的分頻模塊 分頻模塊的目的是將可編程邏輯器件EPM7128的83腳輸入的12M頻率信號(hào)，分頻成10Hz頻率信號(hào)給計(jì)數(shù)模塊做基準(zhǔn)時(shí)鐘，即計(jì)時(shí)時(shí)間是100ms。 可編程邏輯器件EPM7128的計(jì)數(shù)模塊 由分頻模塊分頻后的10Hz信號(hào)送到計(jì)數(shù)模塊，它通過門控電路，加到可以控制開、閉時(shí)間的閘門上。被測(cè)脈沖加到計(jì)數(shù)模塊中閘門的輸入端，開始測(cè)頻時(shí)，先將計(jì)數(shù)器置0，待門控信號(hào)到來(lái)后，打開閘門，允許被測(cè)脈沖通過，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)，直到門控信號(hào)結(jié)束，閘門關(guān)閉，停止計(jì)數(shù)。因此，當(dāng)門控信號(hào)的周期為1s時(shí)，在閘門開通時(shí)間1s通過閘門的被測(cè)脈沖個(gè)數(shù)即為該被測(cè)信號(hào)的頻率，為了使上位機(jī)獲得更多的數(shù)據(jù)和精度，使門

5、控信號(hào)的周期為0.1s。 以下是可編程邏輯器件EPM7128的計(jì)數(shù)模塊的程序部分代碼： always (posedge CLK_1hz or negedge RST) begin if (!RST) begin CNT_EN=0; LOAD=1; end else begin CNT_EN=CNT_EN; LOAD=CNT_EN; end end assign CNT_CLR=(CLK_1hz& LOAD); assign INT=LOAD; /使用LOAD的上升沿使單片機(jī)中斷。 always (posedge CLKX or negedge CNT_CLR) begin if (!CNT_C

6、LR) /當(dāng)CNT_CLR為低電平到來(lái)時(shí)，OUT=0;計(jì)數(shù)器清零 UT=0; else if (CNT_EN) begin UT=OUT+1; /當(dāng)CLKX的上升沿到來(lái)時(shí)，計(jì)數(shù)器加1 end end always (posedge LOAD) /當(dāng)鎖存信號(hào)LOAD的上升沿到來(lái)時(shí)，執(zhí)行以下語(yǔ)句 begin FRE=OUT; /將OUT賦值給FRE end endmodule 上面給出了可編程邏輯器件EPM7128的計(jì)數(shù)模塊的程序關(guān)鍵代碼。CLK_1hz表示門控信號(hào)，CLKX表示被測(cè)脈沖，RST為系統(tǒng)復(fù)位信號(hào)，F(xiàn)RE為鎖存后的脈沖頻率數(shù)據(jù)，INT為給單片機(jī)的中斷信號(hào)，這幾個(gè)信號(hào)是計(jì)數(shù)模塊中的輸入、

7、輸出信號(hào)。在計(jì)數(shù)模塊中還有幾個(gè)內(nèi)部定義的信號(hào)，CNT_EN為計(jì)數(shù)允許信號(hào)，CNT_CLR為計(jì)數(shù)清零信號(hào)，LOAD表示鎖存信號(hào)，OUT表示鎖存前的脈沖頻率信號(hào)。門控信號(hào)為10Hz，每?jī)蓚€(gè)時(shí)鐘周期開展頻率測(cè)量，即在每?jī)蓚€(gè)時(shí)鐘周期CLK_1hz內(nèi)，先到來(lái)半個(gè)時(shí)鐘周期的CNT_CLR，用于清零；隨后，CNT_EN在一個(gè)時(shí)鐘周期CLK_1hz內(nèi)有效，開展計(jì)數(shù)；，在后到來(lái)的半個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)，當(dāng)LOAD的上升沿到來(lái)時(shí)，鎖存計(jì)數(shù)結(jié)果。 51單片機(jī)AT89S52的程序 51單片機(jī)先初始化定時(shí)器、串口及中斷設(shè)置等，給EPM7128發(fā)出復(fù)位信號(hào)，然后進(jìn)入大循環(huán)程序，等待外中斷。當(dāng)EPM7128計(jì)時(shí)時(shí)間到，給AT89S

8、52的外中斷0發(fā)出中斷信號(hào)，AT89S52的程序跳到外中斷中，開展數(shù)據(jù)處理，分別給出選擇信號(hào)SEL0SEL2的組合，分時(shí)接收EPM7128的數(shù)據(jù)信號(hào)，再通過串口發(fā)給上位機(jī)。由于所測(cè)頻率不會(huì)超過10MHz，因此只讀取24位數(shù)據(jù)即可。圖5是外中斷0中斷程序流程圖。 圖5 外中斷0中斷程序流程圖 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 先往流池內(nèi)加100微升血漿（溫浴180S），旋轉(zhuǎn)螺桿到刻度17.0，然后再通過側(cè)面小孔注射進(jìn)TT凝血酶溶液然后抽出注射器。圖6所示是直徑mm血漿凝結(jié)實(shí)驗(yàn)（血漿TT凝血酶100100l）。此圖是石英晶體采用AT切向，電極為銀膜，基頻I0MHZ，晶體直徑6mm（沒有使用差頻器），直接將10MHz石英晶體的頻率送到可編程邏輯器件計(jì)數(shù)的結(jié)果。 圖6 直徑毫米血漿凝結(jié)實(shí)驗(yàn) 結(jié)