碳纳米孔dna测序中数据采集系统fpga控制逻辑的设计与实现

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1、分类号学号M201271283学校代码10487密级硕士学位论文碳纳米孔DNA测序中数据采集系统FPGA控制逻辑的设计与实现学位申请人：侯方园学科专业：电气工程指导教师：张浩讲师答辩日期：2015年5月19日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringDesignandImplementationofFPGAControlLogicinDataAcquisitionSystemforCarbonnanoporeDNASequenci

2、ngCandidate：HouFangyuanMajor：ElectricalEngineeringSupervisor：LecturerZhangHaoHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结

3、果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要DNA测序技术是现代生命科学和生物医学的重要研究手

4、段，数十年来经历了从最初的手工测序到当今的纳米孔测序的发展。碳纳米孔DNA测序技术是新一代的DNA测序技术，它不仅测序通量高而且测序速度快，成本也相对较低。这种测序技术的成熟发展将有望帮助人类实现个人全基因组测序的目标。不同的碱基在穿过碳纳米孔通道时产生的特征电流信号有所差异，碳纳米孔DNA测序就是通过检测不同的特征电流信号来测量DNA序列的一种技术。为了满足碳纳米孔DNA测序系统的需求，本课题采用USB2.0接口技术与FPGA技术设计了一款多通道同步数据采集装置。本文在此基础上，进一步完善了FPGA控制逻辑的设计，实现了数据采集系统与计算机之间的通信、计算

5、机对FPGA控制逻辑的配置以及数据缓存功能等。本文从数据采集系统的总体设计要求出发，首先论述了USB2.0固件的设计，制定了多通道同步数据采集系统的固件控制协议和固件程序控制流程等。在此基础上，采用自上而下的模块化设计思想，对FPGA中命令与配置逻辑、USB接口控制逻辑、SDRAMFIFO逻辑以及异步FIFO等模块进行了优化设计，详细论述了其实现方法，并进行了相关模块的功能仿真。最后针对各控制逻辑和数据通路设计了相应的调试方案，完成了对系统的在线调试，验证了FPGA控制逻辑设计的可行性和完备性，实现了系统在刺激模式和采集模式下数据的转换和传输，为多通道数据采

6、集系统整体的进一步完善奠定基础。关键词：碳纳米孔；DNA测序；USB2.0；FPGA；控制逻辑；SDRAM本论文由国家高技术研究发展计划（863计划）项目资助（项目编号：2012AA02A104）I华中科技大学硕士学位论文AbstractDNAsequencingtechnologyisanimportantmethodinmodernlifesciencesandbiomedicalresearch,andithasdevelopedfromtheinitialmanualsequencingtonanoporesequencingduringthep

7、astdecades.AsanewgenerationofDNAsequencingtechnology,carbonnanoporeDNAsequencinghastheadvantagesofhighthroughput,high-speedandlowcost,andisexpectedtohelppeopletoachievethegoalofindividualwholegenomessequencingifmaturelydeveloped.Whilepassingthroughthecarbonnanopore,currentsignalsca

8、usedbyDNAbasesshowdifferen