基于石英晶體的生物傳感器的研究(含外文翻譯-資料下載頁

【導讀】液凝集反應的終點。血液凝集終點的判斷可通過自動化儀器或肉眼觀察。量、成本低廉的新檢測方法。系豐富的在線實時信息提供了一種簡單、快捷的手段。我們將血液凝集反應與。感技術的血漿凝血因子檢測系統。基于單片機，采用等精度測頻對壓電石英生。物傳感器的硬件結構進行頻率計數設計。以壓電石英晶體傳感器振蕩頻率檢測。系統為平臺，建立了壓電傳感器頻率動態響應模型。有精度高和成本低等優點，有廣闊的推廣前景。

　　

【正文】 時基信號）輸入到主 門Ⅱ。被測信號在同步門的作用下，產生一個與被測信號同步的閘門信號，被測信號與標準信號（時基信號）在同步門控制信號的控制下，在同步門打開時通過同步門分別輸入到事件計數器和時間計數器的信號輸入端，計數器開始計數。同步門關閉時信號不能通過主 門，計數器停止計數，單片機發出命令讀入計數器的數值，并進行數據處理，將處理后的結果送顯示。 等精度頻率測量方法是采用多周期同步測量。如圖 31 的測量原理圖所示由單片機發出預置門控信號 GATE， GATE 的時間寬度對測頻精度影響較少，可以在較大的范圍內選擇，即在高頻段時，閘門時間較短；低頻時閘門時間較長。實現了全范圍等精度測量，減少了低頻測量的誤差。 在同步門的控制下，一方面保證了被測信號和時基信號地同步測量；另一方面在同步門打開后計數器并不是馬上計數，而是在被測信號的下一個上升沿開始計數，同步門關閉后計數器也 不是馬上停止計數，而是在被測信號的下一個上升沿停止計數。即在實際閘門時間計數，從而提高了測量精度。 由于采用 D 觸發器實現的同步門的同步作用，事件計數器所記錄的 Nx 值已不存在誤差的影響，但由于時鐘信號與閘門的開和關無確定的相位關系，時間計數器所記錄的 0N 的值仍存在 ? 1 誤差的影響，只是由于式中頻率很高，誤差的影響很小。所以在全頻段的測量精度是均衡的，從而實現等精度頻率測量。 fx 輸入 通道 10MHz 時基信號 同步門控制 主門Ⅰ 主門Ⅱ 計數器Ⅰ 計數器Ⅱ T0 P0 T1 鍵盤 LED數碼 顯示 xx 大學學士學位論文 19 等精度測頻的測量誤差 由上述測量原理可知，公式 00 NNff xx ?? 成立。設所測頻率的準確值為0xf ，在一次測量中，由于 fx 計數的起停時間是由該信號地上升沿控制的，因此，在 T 時間內對 fx 的計數 Nx 無誤差。在此時間內 0f 計數 0N 最多相差一個脈沖，即 1??? xN ，則下式成立： 00 NfNf xx ? (3— 2) )( 0002 NNfNf xx ??? (3— 3) 由此可分別推得： xx NNff ?? )( 00 (3— 4) ? ? xx NNNff ???? )( 0022 (3— 5) 根據相對誤差公式有： 0021 xxxxx fffff ??? (3— 6) 將式 (3— 4)和式 (3— 5)帶入式 (3— 6)整理后可得： 0000 NNff xx ??? (3— 7) 因為 10 ??N (3— 8) 所以 000 1 NNN ?? (3— 9) 即相對誤差： 021 1 Nfff xx ???? (3— 10) 其中： 00 fTN ?? (3— 11) 由此可知，增大 pT 或提高 fx ，可以增大 xN ，減少測量誤差，提高測量精度；相對測量誤差與被測信號頻率的大小無關，僅與取樣時間及時基信號（標準信號 ）頻率有關，可以實現被測頻帶內的等精度測量：取樣時間越長，時基信號頻率越高，分辨率越高。 石英 晶體傳感器凝血因子 頻率檢測 整個石英生物傳感器的信號硬件檢測和處理系統的框架如下圖 32 所示，主要由振蕩電路、差頻電路、頻率計和微處理器組成 [19][20]。測試晶體輸出與被測物質相關的頻率信號，參考晶體的頻率輸出與質量變化無關，二者的頻率通過差頻電路整形后送入微處理器進行處理，測量的結果由顯示電路去驅動 LED顯示器進行顯示。 壓電石英晶體傳感器等精度頻率測量的硬件實現 硬件設計 在頻率計設計中，硬件電路采用了單 片機 AT89C52， D 觸發器 74LS74，異 步計數器 74LS393，緩存器 74LS244，六反相器 74LS0或非門 74LS02，鍵盤控制芯片 HD7279A， 8 位 LED 數碼管等。所采用的芯片技術成熟，性能可靠， xx 大學學士學位論文 20 性價比較高。 圖 32 石英生物傳感器的信號硬件檢測和處理系統的框架 系統硬件主要由四部分組成：通道部分、計數器部分、單片機控制部分、顯示部分。 1． 通道部分 本頻率計的輸入通道由兩部分組成，第一部分就是常見的信號預處理電路 包括對被測信號 的放大、整形、濾波等。第一級由開關三極管構成的零偏置放大器，三極管采用開關三極管以保證放大器具有良好的高頻效應。第二級是由74LS14 施密特觸發器構成的電路。施密特觸發器一方面起到整形作用，用于把放大器生成的單相脈沖信號轉換成與 TTL/CMOS 兼容的方波信號。另一方面其滯后帶寬可以有效抑制信號中的干擾。第三級采用十進制同步計數器 74160，第二級輸出的方波加到 74160 的 CLK，當從 74160 的 TC 輸出可實現 10 分頻。如下圖 33 所示。第二部分是同步門電路。它的作用是保證被測信號和頻率基準信號同時進入測量電 路。它主要由 D 觸發器 74LS74（同步門控制）、六反相器 74LS04 和二輸入或非門 74LS02 組成（主 門 Ⅰ 、主 門 Ⅱ ）。主 門 Ⅰ 控制被測信號 xf 的通過，主 門 Ⅱ 控制時鐘信號 0f 的通過，兩門的啟閉都由同步門控制電路控制。 2． 計數器部分 計數器包括事件計數器和時間計數器兩部分，它們是兩組完全相同的計數 電路。分別由前后兩級組成。前級由雙 4 位異步計數器 74LS393 級聯構成八位二進制計數器；后級由 AT89C52 單片機內的定時 /計數器構 成十六位二進制計數器。 3． 單片機控制部分 單片機控制部分主要完成測量過程的控制、測量結果的處理和顯示。單片機選用 AT89C52，其中 用于控制同步門 D 觸發器 74LS74 產生同步的閘門信號， 用于由 74LS393 組成的計數器清零，一次計數完成后單片機通過及控制兩片 74LS244 讀取被測信號與標準信號的低 8 位計數值，高位計數值在單片機的 T0/T1 中。然后單片機對計數值進行運算處理，并送出顯示。 參考晶體 測試晶體 振蕩電路 振蕩電路 差頻電路 微處理器 顯示電路 xx 大學學士學位論文 21 圖 33 預處理電路 4． 顯示部分 標準信號部分采用 10MHz 石英晶體振蕩器來提供測量所需要的標準 脈沖信號。鍵盤與數碼顯示部分采用串行接口方式 8 位 LED 數碼管及 64 鍵鍵盤管理芯片 HD7279A 與單片機連接，驅動八位 LED 共陰極數碼管和鍵盤接口，如圖35 所示。鍵盤和數碼顯示部分主要完成測量功能的選擇和測量頻率的數據顯示。 測量過程 AT89C52 單片機的 引腳發出復位信號，使兩個計數器清零，同時 也發出復位信號，使同步門控制器的 Q 端為低電平，則主 門 Ⅰ 和主 門 Ⅱ 都關閉，這時 的初始狀態為“ 1”，使 D 觸發器的 D 端為高電平。根據 D 觸發器的功能， Q 端與 D 端的邏輯狀態不同，觸發器處于閉鎖狀態，這時被測信號即使到達 CK 端，也不能使其翻轉，保證了同步門可靠關閉。 AT89C52 單片機的 從高電平跳到低電平，使觸發器的 D 端為“ 0”，這樣 Q 端與 D 端的邏輯狀態相同，觸發器解除閉鎖，這時被測信號一旦到達 CK 端，觸發器立即翻轉， Q 由“ 0”變為“ 1”，于是同步門被打開，被測信號和時間信號分別進入到相應的計數器進行計數。 從高電平跳到 低電平的同時，也啟動了計時系統開始計量閘門時間。當預定的閘門時間結束時，使 又從低電平恢復到高電平， D 觸發器再次解除閉鎖。隨后緊跟而來的被測信號再次觸發 D 觸發器使之翻轉， Q 端由高電平轉為低電平，使同步門關閉，計數器停止計數。如圖 3圖 35 所示。 xx 大學學士學位論文 22 圖 34 硬件電路圖 1 123456ABCD654321D C B ATitleNumberRevisionSizeBDate:27Jun2009Sheet of File:C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\GB4728.DDBDrawn By:R11D2C13S45 6U14A74LS74121U10A74LS04121U11A74LS04121U12A74LS04121U13A74LS04121U15A74LS04121U16A74LS0412 3≥1U8A74LS0212 3≥1U9A74LS02R4R3C4 CAPC510MHZ23 4 5 6CT1U4A74LS39323 4 5 6CT1U5A74LS39323 4 5 6CT1U6A74LS39323 4 5 6CT1U7A74LS3931192 4 6 811 13 15 1718 16 14 12 3 5 7 9BUFU2 74LS2441192 4 6 811 13 15 1718 16 14 12 3 5 7 9BUFU3 74LS244EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P30TXD11RXD10U1121U18A74LS04121U17A74LS04123≥1U20A74LS02123≥1U19A74LS02P2.7P2.6P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RSTP2.7P2.6T0 T1T1P1.2T0P1.0P1