基于DSP的高性能荧光信号采集模块的研制

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1、摘要聚合酶链式反应(PCR，PolymeraseChainReaction)由克里穆利斯博士于1983年发明。实时PCR又称荧光定量PCR，是美国PE公司于1995年研制出的一种新的核酸定量技术。这项技术是生物医学领域中一次伟大的革命，已被广泛应用于病毒检测、分子医学诊断等各个领域。目前，PCR仪主要依靠进口且价格昂贵，因此，开发具有自主知识产权且高性价比的仪器具有重要的意义。本研究以PCR反应中的微弱荧光信号为采集对象，在国内首次提出并应用高性能数字信号处理器DSP．TMS320F2812(DSP,DigitalSign

2、alProcessor)和USB2．O(USB，UniversalSefiflBus)技术开发PCR仪中的数据采集系统。这套采集系统主要针对病毒检测，以提高PCR使用的灵活性，解决现有PCR仪应用串口通讯和单片机控制的局限性为目的。硬件部分，本文基于Protel电路制板软件设计二级电路，并针对不同电路进行设计、仿真与调试。第一级，通过Multism软件仿真后，在实际硬件电路中针对微弱信号放大、滤波、幅值调整，实现了对前端微弱光电信号2．46倍放大，200KHz低通滤波和50Hz陷波，为DSP提供可采集的信号；第二级，核心的

3、数据采集板卡对输入信号实时采集、处理和传输，传输速率达到15MB／s，误差率约3．5％。软件部分，本文基于CCS(CodeComposerStudio)编程环境，经多次调试与验证，下位机程序实现了对输入信号的实时采集和传输；基于VC++6．O编程环境的主机端应用程序开发，初步实现对数据的显示功能；同时对固件程序和驱动程序分别做了简要描述。本文研制的基于高性能DSP．TMS320F2812和USB2．0接口的数据采集系统，初步实现了对微弱荧光信号的采集功能，可以在较低误差率情况下，实现较高速率传输；通过USB2．0即插即拔技

4、术的应用，极大地提高了PCR仪使用的灵活性。关键词实时聚合酶链式反应；荧光信号；数字信号处理器；通用串行总线AbstractIII___m__Polymerasechainreaction(PCR)WaSinventedbyDrKaryBMullisin1983．Real—timePER,namedfluorescentquantitativePCRisanewDNAtechnologydevelopedbyPECorporationin1995．Andthistechnologyisoneofthegreatestrev

5、olutionsinthefieldofbiomedicine．Atpresent，mostofPCRinstrumentsrelyonimports，whichareexpensive．Soithasgreatsignificancetodevelopthiskindofinstrumentwithbothourindependentintellectualpropertyandhighcost-performanceratio．Inthispaper,weakfluorescentsignalinPCRreaction

6、isthetargetofacquisition．Weproposeandapplyhigh—performanceDSP-TMS320F2812andUSB2．0technologyinthedevelopmentofadatacollectionsysteminPCRinstrumentforthefirsttimeindomestic，andtobeusedinvirusdetectionmainly．ThisdesignistoenhancetheflexibilityofPCR，andtoresolvetheli

7、mitationofusingsingle-chipandserialcommunicationintheexistingPCRinstrument．Inthehardwaremoduleofthisdataacquisitionsystem，two—levelcircuitshavebeendesignedbasedonProtelsoftware，andeachcircuithasbeensimulatedanddebugged．IntheYu'stlevel，thiscircuithasbeendesignedtoa

8、mplify，filterandadjusttheweakfluorescentsignalaftersimulationwithMultismsoftware．Asaresult，thiscircuithasrealized2．46timesmagnificationforamplitude，200K