基于微流控芯片的脉冲神经型膜计算研究.pdf

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1、分类号：ＴＰ１３单位代码：１０３６１安叛化义乂學＠＇—；ＡＮＨＵ－ＩＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＳＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ所单－；｜〇｜艇１１１，－：－＾哪ｉ！職臟祖；＾，／；鮮臺，，＊＇：為．＇＇：论文题目；基于微流控苍片的脉冲神经型膜计算研究；；作＾专业名称；电路与系统１？＾黄友锐教授导１：：完成时啸２０１７年６月１２曰１中图分类号：ＴＰ１３论文编号：：学科分类号：１２０．３０密级公开安徽理王大学硕壬学位论文

2、基于微流控苍片的脉冲神经型膜计算研究作者姓名：李军专业名称：由路与系统研巧方向：智能控制导师姓名：黄友锐教授导师单位：安徽巧工大挙由气与信烏工磅学院答辩委员会主席：李艳秋高工论文答辩日期：２ＣＵ７年６月１日安徽理工大学研究生处２０１７年６月１２日ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｉｎＣｉｒｃｕｉｔｓａｎｄＳｙｓｔｅｍｓＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＳｉｋｉｎＮｅｕｒａｌＰＳｓｔｅｍｓｂａｓｅｄｏｎｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｐｇｙｃｈｉｐＣａｎｄｉｄａｔｅ：ＬｉＪｕｎＳｕｅｒｖｉｓｏ

3、ｒ：ＨｕａｎＹｏｕｒｕｉｐｇＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｎＨｕｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙＮｏ．１６８ＴａｉｆｅｎＲｏａｄＨｕａｉｎａｎ巧２００１Ｐ．Ｒ．ＣＨＩＮＡ，ｇ，，，独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人氏经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得安徽理工大学或其他教育机构的学位或证书而

4、使用过的枯料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。＾巧年／月言／日学位论文作者签名；化日期：於学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解安徽理工大学有保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于安徽埋工大学。学校有权保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和禮盘，允许论文被查飼和借阅。本人授权安徽理工大学可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｌ乂采用影印、缩印或担描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在

5、解密后适用本授权书）！学位论文作者签名：本ｆ签字日期；兴７年（（月。日＊导师签知签字日期；年月／心日＜＾＾＾＾兴｜７＾＾＾＾？摘要在微电子技术逐渐地改进和完善后，集成电路物理性质的限制最终将会被一研究热点凸显出来。而在当今计算机科学领域关于传统芯片的替代品这，就是一个重要分支为了打破这种限制而去提高计算机的性能。膜计算作为生物计算的，是当前生物计算研究的热点问题，其具有非确定性、极大并行性和分布式等特点。在计算机科学研究领域中膜计算模型的研究具有重要的实用价值，并且在生物系统建模中还具有新型的理论意义

6、。但其研究大多都是在传统计算机上的，由于其局限性并不能充分体现出膜计算的计算特点。而微流控芯片用于制作集成到纳米级的操作环境中的网络化微通道，、检测与控制模块是微流控技术的载体。并且微流控芯片作为硬件平台，其非常高的并行能力有着不可替代的优势。本文尝试使用微流控芯片作为实现膜计算的硬件平台，结合其微型化、集成化和并行性等特点，实现微处理器最基本的功能结构。利用膜计算的特点，设计了完成逻辑运算和算术运算的模型，实现了带符号数的运算。其输入数Ｗ二进制补码的形式输入到模型中，在运算结束后二进制补码的形式作为结果输出。并且详细说明

7、了模型的计算步骤和ＭｅＣｏＳｉｍ软件仿真结果。在此基础上，使用聚乙帰代替脉冲神经型膜计算的脉冲ｔ，ｏｕｌｅｒ计数器苯并且根据微流控芯片的Ｃ、介电泳分离、气动微阀和流体驱动等模块，设计了基于膜计算模型的逻辑和算术运算芯片。并且通过ＦＰＧＡ对检测信号进行采集、处理，通过返回信号对巧片电极、微阀等进行控制，实现了逻辑运算和算术运算模型的具体功能。在对膜计算研究的逐步深入后，传统计算机的缺点也慢慢显现出来。那就是随着膜计算建立的模型越来越复杂，其神经元和脉冲数成倍的增长，从而导致膜计算处理信息的效率低下。并且膜计算最大并行性的特点在传

8、统计算机上也不能很好的体现出来。而且长久Ｗ来，众多学者很少研究其硬件实现，大