基于DSP和FPGA的全自动生化分析仪控制系统的设计与实现

摘要

全自动生化分析仪是一个集光、机、电于一体的大型生化检验设备，主要用于临床检验人体体液中的各种生化指标，是医疗机构进行临床诊断所必需的仪器之一。 本文介绍了生化分析仪的原理、分析过程及国内外发展的状况，叙述了全自动生化分析仪的原理、组成及其工作过程。目前生产的生化分析仪产品NSA800是利用多单片机方案，每个单片机控制一个执行机构，由于子系统功能较为单一，因此设计起来较为简单，但是所构成的总的系统过于庞杂，子系统过多，会给系统之间的调试带来困难，尤其是各子系统之间的动作时序难于保障，这是多微处理器不可克服的缺点。鉴于以上原因，本论文采用DSP和FPGA相结合的方案。采用这种方案，系统的硬件结构大大简化，整个系统主要有两片芯片控制，与单片机相比速度有很大的空间可以提高，系统的可靠性得到了增强，同时也给生产调试带来便利。本论文重点论述新方案电子控制系统的软硬件设计。 本论文硬件电路设计中采用一片高性能的DSP(数字信号处理器)TMS320C5402负责与上位PC进行数据通信，同时采集光度计和温度信号，并向FPGA发送命令和接受FPGA发送来的数据等。用可编程逻辑器件EPlC12来完成目前全自动生化分析仪的九片单片机所完成的系统控制，采用16位高速A/D转换器AD976A进行模数转换。 本论文软件设计主要包括DSP和FPGA的软件设计，DSP软件设计部分利用C语言编程，与普通计算机C程序设计相比，面向DSP的C程序设计有自身的特点。FPGA软件设计部分利用VHDL编程，鉴于本系统设计具有大量状态转移和复杂时序控制，利用有限状态机来完成实用系统的设计。

目录

文摘

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声明

第1章绪论

1.1生化分析仪概述

1.2生化分析仪的发展历程

1.3生化分析仪的种类及国内外现状

1.4课题背景及本论文主要工作

第2章全自动生化分析仪简介

2.1全自动生化分析仪的结构简介

2.2生化分析过程简介

2.3 NSA800全自动生化分析仪的控制系统方案介绍

2.5基于DSP与FPGA控制系统方案的提出

第3章DSP与FPGA技术简介

3.1 DSP技术概述

3.2 DSP开发系统

3.3 DSP在线Boot Loader

3.3.1 Boot Loader概念

3.3.2 Boot Loader模式

3.3.3现场FLASH编程

3.4 FPGA技术概述

3.5 FPGA的编程和配置方法

3.6 FPGA开发系统

3.6.1 FPGA开发系统的组成

3.6.2 FPGA开发设计流程

3.7有限状态机技术

第4章基于DSP的数据通信与数据采集系统的设计与实现

4.1 DSP芯片的选型

4.2基于DSP数据通信与数据采集系统的硬件设计

4.2.1电源电路设计

4.2.2串口通信电路设计

4.2.3系统存储器扩展电路设计

4.2.4 AD转换电路设计

4.2.5时钟电路设计

4.3基于DSP数据通信与数据采集系统的软件设计

4.3.1 DSP芯片的初始化

4.3.2 DSP与上位机通信设计

4.3.3 AD转换程序设计

第5章基于FPGA主控系统的设计与实现

5.1 FPGA芯片的选型

5.2基于FPGA主控系统的硬件设计

5.2.1电源电路设计

5.2.2下载配置模块电路设计

5.2.3电机驱动电路设计

5.3基于FPGA主控系统的软件设计

5.3.1步进电机加减速软件设计与实现

5.3.2试剂臂连续工作设计与实现

5.3.3反应盘连续工作设计与实现

第6章调试过程及测试结果

6.1控制系统调试过程

6.2运动部件的测试

第7章结束语

7.1设计总结

7.2设计需要改进的地方

参考文献

致谢