基于DSP的实时PCR仪温度控制系统研制.pdf

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1、2014年第33卷第5期传感器与微系统(TransducerandMicrosystemTechnologies)95基于DSP的实时PCR仪温度控制系统研制何浩，冯继宏，李开祥(北京工业大学生命科学与生物工程学院。北京1001．7．4)摘要：为小型实时聚合酶链式反应(PCR)仪研制一种基于数字信号处理器(DSP)芯片TMS320F2812的温度控制系统。由DSP产生的脉冲宽度调制(PWM)波经功率放大电路驱动半导体加热制冷片以PtlO0作为温度传感器构建一种消除非线性误差的电桥传感电路，将温度信号转换为电压信号，电压信号送入DSP的A／D转换模

2、块，同时进行位置式PID算法，然后调节PWM波的占空比，使整个系统对温度信号达到闭环控制。实验结果表明：系统的升降温速率能达到4~C／s，精度为0．2~C。关键词：实时聚合酶链式反应；数字信号处理器；温度控制中图分类号：R318．6文献标识码：A文章编号：1000-9787(2014)05-0095--04Researchandfabricationoftemperaturecontrolsystemofreal-timePCRinstrumentbasedonDSPHEHao，FENGJi—hong，LIKai—xiang(SchoolofLi

3、feScienceandBioengineering，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100124，China)Abstract：DevelopatemperaturecontrolsystembasedonDSPchipTMS320F2812forsmallreal-timePCRinstrument．PWMwavegeneratedbyDSPthroughpoweramplifiercircuittodrivesemiconductorcooler，andthePtlO0astemperaturese

4、nsortobuildabridgesensingcircuiteliminatingnonlinearerror．Temperaturesignalisconvenedtovoltagesignal，whichissenttoA／Deonve~ermoduleofDSPandatthesametimeealTyoutpositionPIDalgorithm，thenadjustthedutycycleofthePWMwave，SOthetemperaturesignaliscontrolledbyclosed—loopsystem．Experi

5、mentalresultsshowthatheatingandcoolingrateofthesystemcanreach4℃／s．precisionis0．2℃．Keywords：real-timePCR；DSP；temperaturecontro10引言tion，PWM)波经H桥驱动电路作用于加热制冷片，用Ptl00聚合酶链式反应(polymerasechainreaction，PCR)由美构成的测温电路将温度信号转换为电压信号进行输出，此国凯瑞穆利斯博士于1983年发明。PCR反应能够准确筛电压信号经A／D转换模块后，由模拟量转变为数字量，

6、并选出特定的基因序列，并将其复制1O。倍以上⋯。进行PID算法，然后调节PWM波的占空比达到控温的目传统的PCR反应由3个基本步骤组成：变性、退火以的。及延伸。这3个反应步骤分别在95，55，75oC3个不同的1系统的构建温度条件下进行J。实时PCR技术是美国PE公司于整体系统的框图如图1所示。1995年研制出的一种新的核酸定量技术，是指在PCR反应热盖H功率放大电路}Ev：串行通体系中加入荧光基团，利用荧光信号积累实时监测整个模块；信接口半导体加热制冷片H．H桥瓣驱动电路二PCR进程，最后通过标准曲线对未知模板进行定量分析的DSP2812方法。

7、它不仅实现了PCR从定性到定量的飞跃，而且与温度传感电路A，D；PID常规PCR相比，具有特异性更强、灵敏度高、重复性好等优转换横块i算法温度传黪电路点，现已得到了广泛的应用J。本文设计了一种基于数字信号处理器(digitalsignalprocessor，DSP)的实时PCR仪温图l系统总体框图度控制系统，DSP产生的脉宽调制(pulse—widthmodula一Fig1Overallblockdiagramofsystem收稿日期：2013-10-10{基金项目：国家科技重大专项资助项目(2O08zx1O001_o14)传感器与微系统第33卷

8、2系统的硬件设计本系统采用TI公司的32位定点DSP芯片TM83201~2812作为主控芯片。DSP2812最高主频可达150MHz，采