【正文】 當(dāng)按鍵按下時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合；當(dāng)按鍵松開時(shí)，相當(dāng)于開關(guān)斷開。 AT89C52 單片機(jī)的 從高電平跳到低電平，使觸發(fā)器的 D 端為“ 0”，這樣 Q 端與 D 端的邏輯狀態(tài)相同，觸發(fā)器解除閉鎖，這時(shí)被測(cè)信號(hào)一旦到達(dá) CK 端，觸發(fā)器立即翻轉(zhuǎn)， Q 由“ 0”變?yōu)椤?1”，于是同步門被打開，被測(cè)信號(hào)和時(shí)間信號(hào)分別進(jìn)入到相應(yīng)的計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)。 3． 單片機(jī)控制部分 單片機(jī)控制部分主要完成測(cè)量過程的控制、測(cè)量結(jié)果的處理和顯示。如下圖 33 所示。所采用的芯片技術(shù)成熟，性能可靠，xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 20 性價(jià)比較高。 由于采用 D 觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)的同步門的同步作用，事件計(jì)數(shù)器所記錄的 Nx 值已不存在誤差的影響，但由于時(shí)鐘信號(hào)與閘門的開和關(guān)無(wú)確定的相位關(guān)系，時(shí)間計(jì)數(shù)器所記錄的 0N 的值仍存在 ? 1 誤差的影響，只是由于式中頻率很高，誤差的影響很小。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 18 圖 31 等精度頻率的測(cè)量原理圖 頻率為 fx 的被測(cè)信號(hào)經(jīng)通道濾波、放大、整形后輸入到同步門控制電路和主 門Ⅰ （閘門），晶體振蕩器的輸出信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（時(shí)基信號(hào)）輸入到主 門Ⅱ。 傳統(tǒng)的測(cè)頻方法有直接測(cè)頻法和測(cè)周法，在一定的閘門時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)，門控信號(hào)和被測(cè)信號(hào)不同步，計(jì)數(shù)值會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖的誤差。周期與頻率互為倒數(shù)關(guān)系 。檢測(cè)儀工作時(shí)，機(jī)械振動(dòng)來(lái)源于艙蓋的開合、溫控風(fēng)扇和沖擊。振蕩電路令傳感器起振后，頻率計(jì)數(shù)單元立即計(jì)數(shù)其頻率，再傳輸給單片機(jī)控制單元。 2． 改進(jìn)檢測(cè)艙，檢測(cè)位分布合理，與檢測(cè)池匹配，利于空氣定向流動(dòng)，盡量減少湍流的發(fā)生；具有隔熱和電磁屏蔽的功能。采用鋁合金材料，外側(cè)面滾花，方便裝配檢測(cè)池。傳統(tǒng)的黏膠式傳感器在制作時(shí)候需要手工涂膠，無(wú)法準(zhǔn)確控制膠的量和均勻性，常常使得檢測(cè)池面積不規(guī)則、大小不均，也容易造成傳感器對(duì) 位對(duì)線不準(zhǔn)確而使得液面不平或者液體對(duì)晶振垂直應(yīng)力大小不一、角度不一，電磁干擾嚴(yán)重的問題等，這些缺點(diǎn)均會(huì)造成構(gòu)建黏膠式傳感器成功率低，檢測(cè)結(jié)果重復(fù)性差，準(zhǔn)確度不夠等。對(duì)于高頻矩形石英切片，其振蕩頻率完全取決于晶片厚度，因此切割后必須經(jīng)過精細(xì)的研磨，以求取所需的頻率。 Kanazawa 等還發(fā)現(xiàn) f? 可能取決于所接觸溶液的粘度和密度。 1959 年德國(guó)物理學(xué)家 Sauerbrey 導(dǎo)出了壓電石英晶體頻移與晶體表面均勻吸附的物質(zhì)質(zhì)量之石英傳感器 振蕩電路 AT89C52 計(jì)算機(jī) xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 13 間變化關(guān)系的 Sauerbrey 方程，建立了壓電石英晶體諧振測(cè)量技術(shù)的理論基礎(chǔ)。前者由液體的密度 ? 和粘度 ? 決定影響晶體機(jī)械端，后者與液體的電導(dǎo)率 k和介電率 ? 有關(guān)而反映于晶體電學(xué)端。由于壓電傳感器均是通過測(cè)量振蕩頻率的變化來(lái)獲取所需的信息，因而對(duì)在液相中振蕩的晶體，首先遇到并必需解決的兩個(gè)問題是： 1． 影響晶體振蕩活性（活力）的因素有哪些，或 者說晶體在不同性質(zhì)溶液中的振蕩區(qū)間由什么決定； 2． 溶液性質(zhì)對(duì)晶體振蕩頻率影響如何。這時(shí)，晶體等效阻抗最小，正反饋?zhàn)顝?qiáng)，容易起振。金膜電極性 能穩(wěn)定、不易氧化，但價(jià)格昂貴，加工成本較高，由于加工工藝的影響，金膜晶振無(wú)成熟生產(chǎn)線，僅能按需生產(chǎn)，且經(jīng)常表現(xiàn)出同批產(chǎn)品基頻差異性大，經(jīng)過篩選才能使用。方向切割而成。 石英晶體是絕緣材料，在其表面淀積金屬電極引線，不會(huì)產(chǎn)生漏電現(xiàn)象。石英晶體的各個(gè)方向的特性是不同的，一 般采用直角坐標(biāo)系： Z 軸與晶體上、下晶定點(diǎn)連線重合，因光線沿該軸通過石英晶體時(shí)無(wú)折射，而且沿該軸方向上沒有壓電效應(yīng)，故稱 Z 軸為光軸或中性軸； X 軸經(jīng)過六棱柱棱線垂直于光軸 Z，因垂直于此軸的面上壓電效應(yīng)最強(qiáng)，故稱 X 軸為電軸； Y 軸垂直于光軸 Z 和電軸 X，因此在電場(chǎng)的作用下沿該軸方向的機(jī)械變形最明顯，故稱 Y 軸為機(jī)械軸。相反，在電介質(zhì)極化的方向上施加電場(chǎng)，它會(huì)產(chǎn)生機(jī)械形變；當(dāng)去掉外加電場(chǎng)時(shí)，電介質(zhì)的變形隨之消失。 2． 便于批量生產(chǎn)微機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)和微機(jī)電元件 。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 6 第 2章 壓電生物傳感器與凝血因子檢測(cè)系統(tǒng) 硅材料 硅在集成電路線路和微電子器件的生產(chǎn)中有著廣泛的應(yīng)用，主要是利用硅的電學(xué)性；在微機(jī)械結(jié)構(gòu)中，則是利用其機(jī)械特性，或者同時(shí)利用其機(jī)械特性和電學(xué)性，繼而產(chǎn)生新一代的硅機(jī)電器件和裝置。壓電石英 晶體生物傳感器以石英晶體的壓電諧振電路為核心，利用石英晶體的“逆壓電效應(yīng)”，使被測(cè)物質(zhì)直接作用于石英晶體元件表面，通過質(zhì)量變化，引起頻率變化，使被測(cè)物質(zhì)質(zhì)量的變化直接轉(zhuǎn)換為頻率的變化，即頻率輸出信號(hào)。 3． 壓電傳感器應(yīng)用于細(xì)胞核微生物研究 根據(jù)細(xì)胞在培養(yǎng)液中的狀態(tài)可以把細(xì)胞 分為懸液細(xì)胞核貼壁細(xì)胞。同時(shí)，他們還研究了不完全互補(bǔ)的靶 DNA 的雜交情況。固定化過程既要把目標(biāo)蛋白質(zhì)固定于載體表面，又要保留蛋白質(zhì)的活性。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 壓電生物傳感器的研究進(jìn)展 壓電生物傳感器是一種將高靈敏度的壓電傳感器與特異的生物反應(yīng)結(jié)合在一起的新型生物分析方法，這一方法不需要任何標(biāo)記，且儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便，引起人們的濃厚興趣，組建成為生物傳感器領(lǐng)域中的一項(xiàng)研究熱點(diǎn)。 目前應(yīng)用最廣泛的是市售的三明治式壓電石英晶體。 4． 易操作與自動(dòng)化：操作系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析，準(zhǔn)確度高， 一般相對(duì)誤差可以達(dá)到 1%。 壓電石英晶體傳感技術(shù)是 20 世紀(jì) 60 年代建立起來(lái)的一種新型傳感測(cè)量技術(shù)。 Biosensor。血液凝集終點(diǎn)的判斷可通過自動(dòng)化儀器或肉眼觀察。以壓電石英晶體傳感器振蕩頻率檢測(cè)系統(tǒng)為平臺(tái)，建立了壓電傳感器頻率動(dòng)態(tài)響應(yīng)模型。近年來(lái)我國(guó)也逐漸加入了傳感器技術(shù)的研究與開發(fā)力度，許多企業(yè)和民間資本更是瞄準(zhǔn)了生物傳感器廣闊 的市場(chǎng)開發(fā)前景和誘人的高額利潤(rùn)，不惜投入巨資紛紛涉足這一高科技領(lǐng)域，組建了多個(gè)專門從事生物傳感器研究的機(jī)構(gòu)，掀起了生物傳感器研究的熱潮，極大地推動(dòng)了生物傳感器的研究、開發(fā)與應(yīng)用。 2． 專一性與特異性：只對(duì)特定物質(zhì)起反應(yīng)，而且不受顏色、濁度的影響。壓電效應(yīng)包含有壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)兩個(gè)方面。 進(jìn)入 80 年代，壓電傳感領(lǐng)域的幾個(gè)著名研究組如： ,姚守拙， 等組相繼發(fā)表了晶體在液相中穩(wěn)定振蕩成功地研究論文 [9]，從而大大拓寬了壓電在傳感領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。由于當(dāng)時(shí)壓電傳感器只能在氣相中振蕩，因此需抗體吸附于晶體表面并干燥后才能進(jìn)行質(zhì)量測(cè)定。 Wong[13]等采用覆蓋聚乙烯亞胺薄膜的銀電極上用戊二醛交聯(lián)劑固定單克隆抗體，來(lái)區(qū)分和檢測(cè)沙門氏菌的 ABD 血清型；在 510 ~5 810? cells/ml 的范圍成線性關(guān)系。他們認(rèn)為出現(xiàn)這種差異肯呢個(gè)是由于連在電極上的單鏈DNA 所產(chǎn)生的雜交空間位阻比雙鏈 DNA 大所致。此外，細(xì)菌生長(zhǎng)過程中的新陳代謝作用也會(huì)改變培養(yǎng)基的物理活性參數(shù)如粘度等，這一現(xiàn)象也可用壓電傳感器加以監(jiān)測(cè)。 基于單片機(jī)，根據(jù)石英晶體生物傳感器的工作原理即壓電諧振技術(shù)優(yōu)化設(shè)xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 5 計(jì)頻率計(jì)數(shù)系統(tǒng)。單晶硅為立方晶體，是各向異性材料，其機(jī)械特性和電子特性取決于晶向，其電阻應(yīng)變靈敏系數(shù) ( 03RRG? )高，在同樣的輸入下，可以得到比金屬應(yīng)變計(jì)更高的信號(hào)輸出，一般為金屬 10~100倍，能在 610? 級(jí)甚至在 610? 級(jí)上感到輸出信號(hào)。 壓電石英晶體 壓電傳感器的核心傳感元件是壓電石英晶片，其工作原理是石英晶體的壓電效應(yīng)。其中，石英晶體因其良好的機(jī)械、電化學(xué)和溫度等綜合性能，成為壓電生物傳感的主要元件。 1012 (C/N)。 切型及金屬電極的選擇 Z 型石英晶體具有機(jī)械品質(zhì)因素較高（ Q 值可高達(dá) 86 10~10 ）、介電常數(shù)和壓電系數(shù)非常穩(wěn)定（在 20~200℃范圍內(nèi)，其溫度系數(shù)為 %/℃，居里點(diǎn)位573℃）、機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性好、抗輻射能力強(qiáng)、反應(yīng)無(wú)遲滯性、耐酸堿腐蝕、壓電特性不易丟失、整體結(jié)構(gòu)工藝好、適于大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)，因 此本研究采用 Z 型石英晶體作為生產(chǎn)石英基片的基體。因此，我們?cè)诒狙芯恐?，選用 AT 切型、基頻 10MHz 的石英晶體，晶體直徑 ,厚度在 100~150nm范圍內(nèi)。由于頻率測(cè)定可以達(dá)到很高的精度，估計(jì)檢測(cè)限可達(dá) 1012g，因此振動(dòng)的 石英 晶體是非常靈敏的質(zhì)量監(jiān)測(cè)器，并稱作石英晶體微天平（ Quartz Crystal Microbalance,QCM）。 圖中， C0 為靜電容， Cq 及 Lq 為動(dòng)態(tài)電容和動(dòng)態(tài)電感，與壓電晶體的柔度及質(zhì)量成正比， Rq 為機(jī)械能損耗電阻， Xq 為動(dòng)態(tài)臂阻抗， K 為機(jī)電耦合系數(shù)。然而， 其它一些影響因素，如：由于電極末端邊緣場(chǎng)引起的聲電作用也能引起頻率的變化。 凝血因子檢測(cè)系統(tǒng) 系統(tǒng)采用單片機(jī)來(lái)對(duì)石 英晶體的輸出頻率進(jìn)行計(jì)數(shù)。 壓電石英晶體生物傳感器選擇的吸附物是酶、抗原、抗體等生物識(shí)別物質(zhì)。凝血酶原時(shí)間（ PT）是評(píng)價(jià)外源性凝血途徑的實(shí)驗(yàn)。 3． 石英壓電振子的洗滌：石英晶體基片采用 的 NaOH 溶液、 的Hcl 溶液分別浸泡 30min，三蒸水浸泡 30min，超凈環(huán)境干燥。提供一個(gè) O 形硅膠密封圈卡位；內(nèi)壁設(shè)計(jì)一固定槽與壓塊的固定栓對(duì)應(yīng)；基座外側(cè)壁采用滾花設(shè)計(jì)，方便裝配檢測(cè)池。 為空氣中諧振穩(wěn)定，記下該刻度作為基準(zhǔn)后調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)。 6． 減小整機(jī)的體積和質(zhì)量，儀器外表美觀大方。溫度控制是一種非線性的、滯后的時(shí)變的復(fù)雜過程，采用傳統(tǒng)的PID 控制是不適宜的。對(duì)傳統(tǒng)檢測(cè)儀進(jìn)行了改進(jìn)，使測(cè)量過程更便捷、成本更低、結(jié)果更精確。 等精度頻率的測(cè)量技術(shù) 隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是單片微機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展，使傳統(tǒng)的電子測(cè)量?jī)x器在原理、功能、精度及自動(dòng)化水平等方面都發(fā)生了巨大的變化，形成了一種完全突破傳統(tǒng)概念的新一代測(cè)量?jī)x器 。 等精度頻率測(cè)量的基本原理 基于傳統(tǒng)測(cè)頻原理的頻率計(jì)的測(cè)量精度將隨被測(cè)信號(hào)頻率的變化而變化。實(shí)現(xiàn)了全范圍等精度測(cè)量，減少了低頻測(cè)量的誤差。 石英 晶體傳感器凝血因子 頻率檢測(cè) 整個(gè)石英生物傳感器的信號(hào)硬件檢測(cè)和處理系統(tǒng)的框架如下圖 32 所示，主要由振蕩電路、差頻電路、頻率計(jì)和微處理器組成 [19][20]。施密特觸發(fā)器一方面起到整形作用，用于把放大器生成的單相脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與 TTL/CMOS 兼容的方波信號(hào)。 2． 計(jì)數(shù)器部分 計(jì)數(shù)器包括事件計(jì)數(shù)器和時(shí)間計(jì)數(shù)器兩部分，它們是兩組完全相同的計(jì)數(shù) 電路。鍵盤和數(shù)碼顯示部分主要完成測(cè)量功能的選擇和測(cè)量頻率的數(shù)據(jù)顯示。 xx 大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 22 圖 34 硬件電路圖 1 123456ABCD654321D C B ATitleNumberRevisionSizeBDate:27Jun2009Sheet of File:C:\Documents and Settings\Administrator\桌面\GB4728.DDBDrawn By:R11D2C13S45 6U14A74LS74121U10A74LS04121U11A74LS04121U12A74LS04121U13A74LS04121U15A74LS04121U16A74LS0412 3≥1U8A74LS0212 3≥1U9A74LS02R4R3C4 CAPC510MHZ23 4 5 6CT1U4A74LS39323 4 5 6CT1U5A74LS39323 4 5 6CT1U6A74LS39323 4 5 6CT1U7A74LS3931192 4 6 811 13 15 1718 16 14 12 3 5 7 9BUFU2 74LS2441192 4 6 811 13 15 1718 16 14 12 3 5 7 9BUFU3 74LS244EA/VP31X119X218RESET9RD17WR16INT012INT113T014T115P10/T1P11/T2P123P