导言
石英晶体振荡频率对晶体外表质量负载(质量效应)和反响体系物理性状如密度、粘度、电导率等(非质量效应)的改动高度灵敏，具有亚ng级的质量检测才干，其灵敏度可达1ng／Hz。
QCM凝血传感器
归于非质量呼应型传感器，运用石英晶体振荡频率改动对晶体所在体系密度和粘度改动的高度灵敏性来检测体系性状的改动。QCM凝血传感器经过红细胞阻抗特性的改动引起传感器的呼应来检测红细胞凝聚时刻和沉降速率。因而，运用依据QCM传感器的生物芯片检测技能，研发了凝血分析仪。
总体规划
本体系原规划为8通道QCM检测，即选用8套完全相同的以MAX913芯片为中心的振荡器，经过2个CD4069反相器反相后别离送到4个差频器74LS74的D端，每一个差频器74LS74内部有2个D触发器。2个6M高精度有源晶振别离经时钟芯片CDCV304后变成8个6M输出信号，别离送到4个差频器74LS74的CLK端。经过4个差频器74LS74差频后的频率信号送到可编程逻辑器材EPM570GT100C3芯片的I/O口。EPM570GT100C3在这里做频率计，经过软件编程来完成。记下的差频频率经过8位数据线送到51单片机AT89S52，一起AT89S52对EPM570GT100C3操控，以挑选哪个通道，AT89S52处理后的数据经过232串口送到上位机。
以一个通道为例来进行依据QCM传感器的生物芯片检测电路的规划，因为一个通道所运用的逻辑门比较少，因而挑选可编程逻辑器材EPM7128LC84-10。
硬件规划
1、石英晶体振荡及差频电路
为了确保QCM在滴入生物试剂后能振荡起来，有必要选用一套比较特别的自激振荡器电路，一般的用反相器构成的振荡器电路不易起振，自激振荡器通常是由根本扩大电路、正反馈网络和选频网络三部分组成的。在石英晶体振荡电路中，石英晶体作为正反馈网络的首要组成部分，也是一种选频网络，只要在石英晶体振荡器的固有谐振频率下才干满意条件。依据这一原理，选用以MAX913芯片为中心的振荡器，它的输出是TTL电平，便于单片机或可编程逻辑器材的信号收集。丈量用QCM振荡电路输出的方波信号送入差频器74LS74的D端，参阅用高精度6M晶振输出的方波信号送入差频器74LS74的CLK端，得到的差频信号送入可编程逻辑器材进行计数，选用差频的意图是为了下降输入到可编程逻辑器材EPM7128的频率。
2、EPM7128和AT89S52的操控电路
经过差频器74LS74后的差频信号，从74LS74的5脚输出送到可编程逻辑器材EPM7128的6脚I/O口上。因为可编程逻辑器材引脚比较灵敏，又有可擦除可编程的才干，因而对原规划进行修正时，只需求修正原规划文件再对可编程逻辑器材芯片从头编程即可，而不需求修正电路布局，更不需求从头加工印刷线路板，这就大大提高了体系的灵敏性，且具有很好的保密性，在这里经过软件编程将其规划为频率计。在开端丈量时，上位机经过串口给51单片机AT89S52宣布指令，AT89S52先给EPM7128的22脚一个RST复位指令，使EPM7128复位后开端作业计频，频率丈量计时时刻为100ms，计时完毕后，EPM7128的46脚宣布中止信号送给AT89S52的外中止0口（INT0），单片机接纳到中止信号后从P1口的P10~P12给EPM7128宣布3个挑选信号SEL0~SEL2。因为在EPM7128规划的是32位计数器，而51单片机是8位机，因而需求4次分时处理32位数据信号，由挑选信号SEL0~SEL2来操控。终究从EPM7128输出8位数据信号到AT89S52的P0数据口，经单片机处理后经过串口发到上位机进行最终的数据处理和图形界面显现。
AT89S52的14、15脚外接晶振和%&&&&&%组成单片机的振荡电路，4脚是复位端，由IPM810操控，IPM810具有上电复位、手动复位及欠压复位功用。AT89S52运用PLCC44脚封装的贴片器材，运用单片机AT89S52的P1口和复位口进行在线编程，运用at89isp软件在线编程，进行程序的烧写。
EPM7128的83脚是大局时钟，外接作业用的时钟信号。该时钟信号能够运用有源晶振来发生，也能够运用无源晶振加振荡器发生。EPM7128的14、71、23、62脚别离是TDI、TDO、TMS、TCK端，是JTAG编程口。EPM7128也是选用在线编程方法进行程序的烧写，选用JTAG在线编程。其他引脚根本上都是I/O口，可依据需求指定。本规划中可编程逻辑器材EPM7128和51单片机AT89S52共有13根线相连，进行数据通讯和操控，其间OUTPUT0~OUTPUT7是数据通讯，SEL0~SEL2是AT89S52对EPM7128的片选操控信号，INT则是EPM7128对AT89S52宣布的中止操控信号。
软件规划
本体系中ALTERA公司可编程逻辑器材EPM7128的内核程序选用Verilog HDL硬件描绘言语编写，运用MAX+plusII10.1编译体系或Quartus II 4.2编译体系编译，规划完成了分频、频率计数、数据挑选等功用。51单片机AT89S52用C言语和汇编言语混合编程，运用Keil C51编译体系编译。
1、可编程逻辑器材EPM7128的顶层电路
顶层电路如图4所示，由分频模块、计数模块、数据挑选模块组成，分频模块和计数模块选用Verilog HDL硬件描绘言语编写，数据挑选模块用图形输入方法。12M的振荡信号送到EPM7128的CLK端，经过分频模块后变成10Hz的频率信号给计数模块供给基按时基。AT89S52给EPM7128的RST端供给复位RST信号，使EPM7128复位，开端记载差频器送到EPM7128的CLKX1端的频率信号。记时时刻到，EPM7128的输出端INT宣布中止信号，告诉单片机接纳数据。因为计数模块的计时器是32位的，因而经过3个8位的二选一数据挑选器，在单片机给出的SEL0~SEL2片选信号操控下，分时挑选从EPM7128的输出端OUTPUT7~OUTPUT0输出的8位数据信号到AT89S52的P0数据口。
2、可编程逻辑器材EPM7128的分频模块
分频模块的意图是将可编程逻辑器材EPM7128的83脚输入的12M频率信号，分频成10Hz频率信号给计数模块做基按时钟，即计时时刻是100ms。
3、可编程逻辑器材EPM7128的计数模块
由分频模块分频后的10Hz信号送到计数模块，它经过门控电路，加到能够操控开、闭时刻的闸口上。被测脉冲加到计数模块中闸口的输入端，开端测频时，先将计数器置0，待门控信号到来后，翻开闸口，答应被测脉冲经过，计数器开端计数，直到门控信号完毕，闸口封闭，中止计数。因而，当门控信号的周期为1s时，在闸口注册时刻1s经过闸口的被测脉冲个数即为该被测信号的频率，为了使上位机取得更多的数据和精度，使门控信号的周期为0.1s。
以下是可编程逻辑器材EPM7128的计数模块的程序部分代码：
always @ (posedge CLK_1hz or negedge RST)
begin
if (!RST)
begin
CNT_EN=0;
LOAD=1;
end
else
begin
CNT_EN=~CNT_EN;
LOAD=~CNT_EN;
end
end
assign CNT_CLR=~(~CLK_1hzLOAD);
assign INT=LOAD; //运用LOAD的上升沿使单片机中止。
always @(posedge CLKX or negedge CNT_CLR)
begin
if (!CNT_CLR) //当CNT_CLR为低电平到来时，OUT=0;计数器清零
OUT=0;
else if (CNT_EN)
begin
OUT=OUT+1; //当CLKX的上升沿到来时，计数器加1
end
end
always @(posedge LOAD) //当锁存信号LOAD的上升沿到来时，履行以下句子
begin
FRE=OUT; //将OUT赋值给FRE
end
endmodule
上面给出了可编程逻辑器材EPM7128的计数模块的程序要害代码。CLK_1hz表明门控信号，CLKX表明被测脉冲，RST为体系复位信号，FRE为锁存后的脉冲频率数据，INT为给单片机的中止信号，这几个信号是计数模块中的输入、输出信号。在计数模块中还有几个内部界说的信号，CNT_EN为计数答应信号，CNT_CLR为计数清零信号，LOAD表明锁存信号，OUT表明锁存前的脉冲频率信号。门控信号为10Hz，每两个时钟周期进行一次频率丈量，即在每两个时钟周期CLK_1hz内，先到来半个时钟周期的CNT_CLR，用于清零；随后，CNT_EN在一个时钟周期CLK_1hz内有效，进行计数；最终，在后到来的半个时钟周期内，当LOAD的上升沿到来时，锁存计数成果。
4、51单片机AT89S52的程序
51单片机先初始化定时器、串口及中止设置等，给EPM7128宣布复位信号，然后进入大循环程序，等候外中止。当EPM7128计时时刻到，给AT89S52的外中止0宣布中止信号，AT89S52的程序跳到外中止中，进行数据处理，别离给出挑选信号SEL0~SEL2的组合，分时接纳EPM7128的数据信号，再经过串口发给上位机。因为所测频率不会超越10MHz，因而只读取24位数据即可。
试验成果
先往流池内加100微升血浆（温浴180S），旋转螺杆到刻度17.0，然后再经过旁边面小孔注射进TT凝血酶溶液然后抽出注射器。图6所示是直径６mm血浆凝聚试验（血浆＋TT凝血酶＝100＋100μl）。此图是石英晶体选用AT切向，电极为银膜，基频I0MHZ，晶体直径6mm（没有运用差频器），直接将10MHz石英晶体的频率送到可编程逻辑器材计数的成果。
完毕语
QCM作为微质量传感器具有结构简略、本钱低、振荡Q值大、灵敏度高、丈量精度能够到达纳克量级的长处，被广泛使用于化学、物理、生物、医学和外表科学等领域中。压电石英晶体传感器用于凝血因子检测具有运用方便、精度高和本钱低一级长处，有宽广的临床使用和推行远景。
发布者：吕勇
