基于FPGA的嵌入式药物导入仪的研究

论文摘要

电致孔技术是透皮给药的一种方法,经过长达20多年的发展,已经形成了一门成熟的学科。电致孔技术与其它透皮给药技术相比,因其具有给药简单、效率高、电参数易控制等优点,在细胞生物工程、基因工程和临床医学试验等领域得到了广泛的应用。由于电致孔导入药物的分子类型、导入效率及效果与导入仪器的电参数有直接关系,本论文设计了一种用于电致孔技术研究的脉冲幅度、宽度和间隔宽范围可调的药物导入仪。论文首先介绍了电致孔技术的相关知识,讨论了药物导入仪的电参数对电致孔给药效果的影响因素,对照分析了现有药物导入仪的优缺点,并根据目前电致孔技术的发展提出了本设计的电参数要求。通过方案论证提出了一种基于FPGA的嵌入式药物导入仪设计方案。其次重点介绍了FPGA控制电路、程控放大电路和脉冲功率放大电路的设计原理及系统构成。设计中发挥逻辑电路速度快、C语言处理数据能力强的优点,采用数字化SOPC解决方案在FPGA中嵌入Nios II软核处理器实现系统的控制；采用硬件描述语言在FPGA中设计并构建了基于直接频率合成技术的脉冲信号发生器,实现了系统的结构设计和装配调试。通过对本系统的仿真和测试,证明了系统方案的可行性。本文所设计的药物导入仪具有参数调整范围宽、体积小、维护方便、易于升级、性价比高等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究意义
• 1.4 论文主要内容及章节安排
• 第二章 系统总体设计方案
• 2.1 系统需求
• 2.2 系统设计目标
• 2.3 系统方案
• 2.3.1 系统方案比较
• 2.3.2 系统方案设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 系统硬件电路设计
• 3.1 FPGA控制电路设计
• 3.1.1 FPGA芯片选型
• 3.1.2 时钟电路设计
• 3.1.3 程序下载及配置电路设计
• 3.1.4 FPGA供电电路设计
• 3.1.5 FLASH数据存储电路设计
• 3.1.6 SDRAM数据存储电路设计
• 3.2 D/A转换电路设计
• 3.3 低通滤波电路设计
• 3.4 程控放大电路设计
• 3.5 功率放大电路设计
• 3.5.1 主回路设计
• 3.5.2 反馈回路设计
• 3.6 接口与外设电路设计
• 3.6.1 显示电路设计
• 3.6.2 参数调节电路设计
• 3.6.3 串口通信电路设计
• 3.7 系统电源设计
• 3.8 硬件电路设计要点及方案
• 3.9 本章小结
• 第四章 系统软件设计
• 4.1 基于FPGA的脉冲信号发生器设计
• 4.1.1 设计原理
• 4.1.2 信号宽度控制单元设计
• 4.1.3 信号间隔控制单元设计
• 4.1.4 信号波形存储单元设计
• 4.2 编码器控制电路设计
• 4.3 嵌入式NiosⅡ软核处理器设计
• 4.3.1 NiosⅡ软核处理器
• 4.3.2 Avalon总线
• 4.3.3 NiosⅡ软核处理器实现
• 4.4 系统控制程序设计
• 4.4.1 液晶屏显示驱动程序设计
• 4.4.2 液晶屏触摸驱动程序设计
• 4.5 本章小结
• 第五章 系统性能测试及数据分析
• 5.1 系统测试
• 5.1.1 输出波形测试
• 5.1.2 信号宽度测试
• 5.1.3 信号间隔测试
• 5.1.4 信号幅值测试
• 5.2 误差分析
• 总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果
• 致谢