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生物芯片电化学检测仪嵌入式系统设计

作　者: 路秀利
导　师: 汪辉
学　校: 上海交通大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 生物芯片 电化学检测 嵌入式系统 C8051F020
分类号: TP368.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


生物芯片技术是融微电子学、生物学、化学、物理学、计算机科学为一体的高度交叉的新技术,不仅在基因、蛋白质等生物组分检测方面提供科学依据,而且在疾病检测、药物筛选、环境监测等方面也有广泛应用前景。生物芯片电化学检测方法以其灵敏度高、线性范围宽、分析速度快、试样用量少、成本低、易于微型化、便携化等诸多优点而受到极大的重视并具有很好的产业化前景。本文在对比分析传统光学检测法和新兴电化学检测法的基础上,结合现有的生物芯片技术和微电子技术,提出了一套切实可行的生物芯片电化学检测仪的嵌入式系统解决方案,并着重从硬件架构和软件实现两个方面给予介绍。第一章综述了生物芯片技术发展历程、研究分类、制备技术等,并给出课题的研究背景及研究内容。第二章详细介绍生物芯片电化学检测法的原理及性能优点,并着重介绍了较为常用的电化学检测方法。第三章介绍嵌入式系统的整体架构,包括硬件架构和软件实现。第四章对系统硬件架构设计进行了详细的论述,包括信号处理、数据采集、通信显示等模块。第五章对系统软件实现流程进行了详细的论述,包括MCU硬件驱动程序和PC端应用程序设计两大模块。第六、七章分别给出系统测试结果、校准过程及展望。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-16
第一章 绪论  16-30
  1.1 生物芯片技术的产生  16-17
  1.2 生物芯片技术的概述  17-19
  1.3 生物芯片的制备技术  19-24
    1.3.1 样品的制备及杂交技术  22-23
    1.3.2 生物芯片的检测技术  23-24
  1.4 生物芯片技术的应用  24-27
  1.5 生物芯片技术的现状及发展趋势  27-29
  1.6 课题的提出背景及任务  29-30
第二章 生物芯片检测技术  30-40
  2.1 生物芯片检测技术发展方向  30-33
    2.1.1 光学检测法  30-31
    2.1.2 电化学检测法  31-33
  2.2 检测系统的指标要求  33-34
  2.3 PC 通信协议和波形模式定义  34-40
第三章 生物芯片检测分析系统的整体结构  40-44
  3.1 系统的硬件结构  40-42
  3.2 系统的软件结构  42-44
第四章 生物芯片电化学检测系统的硬件电路  44-66
  4.1 检测系统的电路设计  44-62
    4.1.1 系统主控单元MCU  45-53
    4.1.2 低通滤波  53-55
    4.1.3 I/V 转换电路  55-58
    4.1.4 电压信号放大  58-60
    4.1.5 ADC 采集电路设计  60-62
  4.2 通讯电路设计  62-66
    4.2.1 串口通讯  62-63
    4.2.2 USB 通讯  63-66
第五章 生物芯片电化学检测系统的软件设计  66-85
  5.1 MCU 硬件驱动程序设计  66-72
    5.1.1 系统和设备初始化模块  67
    5.1.2 主任务模块  67-68
    5.1.3 ADC0 与 DAC0 中断模块  68-71
    5.1.4 UART0 通信中断模块  71-72
    5.1.5 LED 控制模块  72
  5.2 PC 端应用软件程序设计  72-78
    5.2.1 数据采集存储模块（Data 命名空间）  72-74
    5.2.2 参数模块（Parameters 命名空间）  74-75
    5.2.3 数据平滑模块（Smooth 命名空间）  75
    5.2.4 MCU 通信模块（USBPort 命名空间）  75-77
    5.2.5 显示窗口  77-78
  5.3 主要算法简介  78-85
    5.3.1 数据模块（Data 命名空间）  78-79
    5.3.2 参数模块（Parameters 命名空间）  79-82
    5.3.3 数据平滑（Smooth 命名空间）  82
    5.3.4 MCU 通信  82-83
    5.3.5 主过程  83-85
第六章 系统校准和结果验证  85-96
  6.1 调试环境和测试设备  85-90
    6.1.1 基本功能测试  86-87
    6.1.2 新加入方法的测试  87
    6.1.3 实际输入电流值检测  87-88
    6.1.4 溢出检测  88
    6.1.5 输出电压的测量  88-89
    6.1.6 样本实测  89-90
  6.2 测试校准  90-95
    6.2.1 校准前所测实际数据  90-91
    6.2.2 软件校准  91-93
    6.2.3 校准后测试结果和误差范围  93-95
  6.3 结果验证  95-96
第七章 总结  96-98
参考文献  98-103
致谢  103-104
攻读硕士期间已发表或录用的学术论文  104

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 微型计算机 > 各种微型计算机 > 微处理机
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