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集成毛细管电泳芯片具有分析速度快、样品用量少、分离效率高等诸多优点,自问世以来,就得到了人们的普遍关注。在短短十几年内,它迅速发展成为一种有效的分析检测手段,并被认为是生化分析领域最具发展潜力的一种技术。目前已广泛应用于免疫测定、DNA分析和测序、氨基酸和蛋白质的分离、生物细胞的研究等方面。随着毛细管电泳芯片的发展,传统的毛细管电泳芯片信号采集与处理系统因其体积大、效率低已不能满足需要,发展微型化、智能化的信号采集与处理系统成为目前急待解决的难题。
本文首先分析了毛细管电泳芯片的信号采集与处理系统的国内外研究现状,然后结合本研究中心以往在ICE芯片扫描分析系统方面的研究成果和开发经验,提出了采用TI公司的TMS320DM642 DSP处理器、Samsung公司的S3C2410嵌入式微处理器和IDT公司的双口RAM为主体的硬件系统架构,设计出一种基于DSP+双口RAM+ARM的嵌入式ICE芯片扫描分析系统。
针对传统的ICE芯片扫描分析系统结构复杂、处理速度慢、体积大等弱点,该系统将高速DSP与在通讯、网络和实时控制方面具有独特优势的ARM处理器,以及实时性好、接口电路简单、数据传输量大的双口RAM结合起来,为开发高性能、集成化、便携式的新型微小生化分离分析系统奠定了一定的技术基础。
然后,本文介绍了毛细管电泳芯片原理及结构,激光诱导荧光检测技术以及CCD检测方法采集荧光信号图像的原理。接着,本文在课题的实际需求基础之上,结合DSP和嵌入式系统的开发流程,介绍了系统总体设计方案,并详细介绍了该系统的主要硬件TMS320DM642 DSP处理器和S3C2410嵌入式微处理器。
在后续章节中,本文首先详细地介绍了硬件系统的设计,包括CCD图像采集模块、DSP图像处理模块、ARM嵌入式实时控制及双口RAM数据传输模块的具体硬件设计;其次是系统的软件设计,包括ARM嵌入式操作系统的移植、DSP部分代码开发与优化和ICE芯片图像处理算法的设计。
最后,总结了本课题研究所取得的成果及其不足之处,提出了课题进一步深入研究的展望及其应用前景。