基于FPGA的微流控芯片電泳控制系統(tǒng)設計
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信號調理模塊由電流轉電壓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的測量。反饋電阻選取1 MΩ的標稱值，可將1μA的電流轉換為1 V的電壓。轉換后的電壓信號再經過運算放大器OP07組成的二階巴特沃茲低通濾波器，其截止頻率可設置在1 Hz以下。A／D模塊采用TI公司的12位串行A／D轉換器ADS7818。該芯片僅8個引腳，采用串口方式控制和輸出數(shù)據(jù)。如圖2所示，對A／D模塊進行控制只需占用FPGA的3個控制端口(CONV、CLK、DATA)。FPGA可編程使用的I／O端口數(shù)目多達196個，在除去其他芯片的控制端口后，足以勝任同時控制30個A／D模塊的工作。這也意味著可同時對30個PCR芯片實施數(shù)據(jù)采集。本文引用地址：http://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精確控制在1 V量級。FPGA通過RS232接口與溫度模塊通信，通過發(fā)送命令字與接收返回信息來控制溫度。
系統(tǒng)需要接口將數(shù)據(jù)上傳至計算機，而計算機的命令參數(shù)也通過此接口下載至本系統(tǒng)中。USB2．0接口的傳輸速率達到480 Mb／s，可勝任快速傳回數(shù)據(jù)的任務。本文采用USB2．0接口作為系統(tǒng)與計算機通信的接口，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語言對FPGA編程；二是對CY7C68013A的固件編程；三是WindowsXP環(huán)境下驅動程序的開發(fā)以及上位機控制軟件的編程。與系統(tǒng)結構相對應，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)機模塊。模塊共用同一個時鐘與復位信號。除狀態(tài)機模塊外，其他模塊都將信號封裝為狀態(tài)輸出、命令輸入、選通輸入、數(shù)據(jù)輸出4個部分，由狀態(tài)機模塊對其實施控制。如圖3所示，狀態(tài)機模塊讀取USB模塊從上位機得來的命令并翻譯，然后對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擅長于高速的邏輯與時序控制，便于控制具體的芯片，但不適于整體復雜的流程控制。采用這種方式編程的好處在于，避免了FPGA復雜的流程控制編程，而將這一任務交給上位機去完成。
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