九十六通道电化学仪设计研究

论文摘要

电化学分析法、生物传感器、超微电极技术和生化检测技术等的交叉发展,使多通道电化学仪在生物学分析、药物分析、临床诊断等领域的应用越来越广泛。论文介绍九十六通道电化学仪的设计研究工作。根据仪器的功能需求和技术指标,论文首先提出了九十六通道电化学仪的整体设计方案,在此基础上,完成了仪器的硬件和软件设计。基于子板与主板相结合的系统架构,在硬件方面,论文依次讨论了微弱电流检测电路、恒电位仪、数据采集系统、微处理器模块、可编程控制模块和仪器接口等硬件模块的设计；在软件方面,论文介绍了微处理器程序、CPLD程序、USB驱动程序、USB固件程序和Windows应用程序的设计开发。最后分别利用Keithley 6221精密电流源和K3Fe（CN）6溶液对设计的仪器分别进行了电流精度检测和电化学实验（CV法和I-T法）两项测试。测试结果表明仪器具有较高的电流检测精度和较高的通道一致性,频率响应满足设计要求；在CV法和I-T法的检测方面,与CHI630B电化学工作站检测结果相当。因此,从电流检测和电化学测量两方面验证了所设计的仪器满足技术指标的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 多通道电化学仪的研究意义
• 1.2 国内外电化学仪的研究进展
• 1.3 论文的主要研究内容
• 2 电化学基础及九十六通道电化学仪设计方案
• 2.1 电化学的基本原理
• 2.2 电化学测量中的电极体系
• 2.3 电化学测量方法
• 2.3.1 循环伏安法
• 2.3.2 电流时间法
• 2.4 九十六通道电化学仪的总体设计
• 3 九十六通道电化学仪的硬件设计
• 3.1 电流检测电路的设计
• 3.1.1 基本的电流检测电路
• 3.1.2 检测电路的噪声分析
• 3.1.3 微弱电流放大电路设计
• 3.2 恒电位仪设计
• 3.2.1 恒电位仪的基本原理
• 3.2.2 恒电位仪电路设计
• 3.3 信号发生器电路设计
• 3.4 数据采集模块的设计
• 3.5 微处理器模块的设计
• 3.6 仪器的子板与主板的总线接口设计
• 3.6.1 子板接口电路
• 3.6.2 子板与主板的接口设计
• 3.6.3 主板接口设计
• 3.7 USB接口设计
• 3.7.1 USB概述
• 3.7.2 仪器的USB接口电路设计
• 3.8 电源模块的设计
• 4 九十六通道电化学仪软件设计
• 4.1 微处理器程序设计
• 4.1.1 九十六通道电化学仪的工作流程
• 4.1.2 数据通讯的指令帧与数据帧格式
• 4.1.3 微处理器的主要程序模块设计
• 4.2 CPLD程序设计
• 4.2.2 子板CPLD的Verilog HDL程序设计
• 4.2.3 主板CPLD的Verilog HDL程序设计
• 4.3 USB程序开发
• 4.3.1 CY7C68013A的固件程序的开发
• 4.3.2 CY7C68013A的固件下载驱动程序的开发
• 4.4 PC上位机应用程序设计
• 4.4.1 基于MFC类库的应用程序开发
• 4.4.2 CY7C68013A与Windows应用程序间的USB通讯
• 4.4.3 USB即插即用功能的实现
• 5 九十六通道电化学仪测试
• 5.1 九十六通道电化学仪的精密电流源测试
• 5.2 九十六通道电化学仪的电化学实验测试
• 5.3 微弱电流检测中干扰抑制技术的探究
• 5.3.1 nA级电流检测中的工频干扰
• 5.3.2 微弱信号检测技术
• 5.3.3 屏蔽和接地技术在微弱电流检测中的应用
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 附录D
• 附录E