【正文】 DD Supply Voltage For Logic (+5v) 12 DB5 I 數(shù)據(jù) 53 VO Supply Voltage For LCD （懸空） 13 DB6 I 數(shù)據(jù) 64 RS (CS) O H: Data L: Instruction Code 14 DB7 I 數(shù)據(jù) 75 R/W (SID) O H: Read L: Write 15 PSB O H: Parallel ModeL: Serial Mode6 E (SCLK) O Enable Signal 16 NC 空腳7 DB0 I 數(shù)據(jù) 0 17 /RST O Reset Signal 低電平有效8 DB1 I 數(shù)據(jù) 1 18 NC 空腳9 DB2 I 數(shù)據(jù) 2 19 LEDA 背光源正極（LED+5V）10 DB3 I 數(shù)據(jù) 3 20LEDK 背光源負(fù)極（LEDOV） 鍵盤驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì) 鍵盤控制電路用于完成系統(tǒng)參數(shù)的輸入，實(shí)現(xiàn)如確定、刪除、確定、后退及數(shù)字輸入等功能。檢測(cè)過程是待溫度檢測(cè)傳感器檢測(cè)到溫度差值后，將該 mv級(jí)的電壓差值信號(hào)經(jīng)過放大并濾波，輸入單片機(jī)，然后單片機(jī)對(duì)其進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換之后的值將參與控制系統(tǒng)的運(yùn)算處理。PT100 與其鉑電阻 PT100 和 PT500 相比具有更高的精度和檢測(cè)靈敏度。 惠斯通電橋是一種可以精確測(cè)量電阻的電路，它利用電橋的四個(gè)橋臂上電阻滿足 R1R4=R2R3 關(guān)系，已知其中三個(gè)電阻阻值即可求得第四只電阻阻值，由于這種平衡關(guān)系，所以惠斯通電橋又稱為平衡電橋。PWM 信號(hào)是數(shù)字的，因?yàn)樵谌我粫r(shí)刻，直流供電只有高電平和低電平兩種狀態(tài)，負(fù)載上的電信號(hào)是以通或斷的脈沖序列加載的。在原理上，半導(dǎo)體制冷片是一個(gè)熱傳遞的工具。圖 半 導(dǎo) 體 制 冷 片半導(dǎo)體制冷片作為特種冷源，在技術(shù)應(yīng)用上具有以下的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)：(1) 不需要任何制冷劑，可連續(xù)工作，沒有污染源沒有旋轉(zhuǎn)部件，不會(huì)產(chǎn)生回轉(zhuǎn)效應(yīng)，沒有滑動(dòng)部件是一種固體片件，工作時(shí)沒有震動(dòng)、噪音、壽命長(zhǎng)，安裝容易。 本設(shè)計(jì)采用規(guī)格 *96 孔的試管槽，假設(shè)試管中的液體是水，水的比熱容 C=*1000，將其從 0℃加熱到 100℃所吸收的熱量為： Q=mc（t2t1)= ()由于在實(shí)際使用中，試管中液體不是灌滿試管，而試管槽臺(tái)也有一定得散熱性所以上式計(jì)算 Q 時(shí)假設(shè)試管槽充滿液體。所以在上述連接方式下，根據(jù)能量守恒定律，加熱過程中半導(dǎo)體制冷片釋放的總熱量應(yīng)該等于試管槽中所有液體吸收的總熱量，且該制冷片最大產(chǎn)熱功率 P1 為 則:Q（放）=6（P1T1+IIR）==Q ()解出升溫時(shí)間 t1=則升溫速率 V1=100/=℃/S由于該型號(hào)的半導(dǎo)體制冷片的最大產(chǎn)冷功率 P2 為 81W，所以降溫時(shí)間 T2為：Q（吸）=6（IIR）==Q () T2=20S 降溫速率 V2 為： V=100/20=℃/S ()由計(jì)算結(jié)果可知，所選半導(dǎo)體制冷器 TEC112708 符合本次研究所需要性能參數(shù)即升溫速度不小于 3℃/S，降溫速度不小于 2℃/S 的要求。本設(shè)計(jì)中，放大電路的輸出級(jí)輸出的是單片機(jī)控制的 PWM 信號(hào)，半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路采用 PWM 方式驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管來對(duì)半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行控制。 綜上可以看出 BTL 電路相比 OTL 和 OCL 電路的優(yōu)勢(shì)就是在同樣的電源電壓和負(fù)載電阻條件下，它可以得到比后兩者大至少兩倍的輸出功率，并且它吸取了 OCL 電路無輸出電容的優(yōu)點(diǎn)，避免了電容對(duì)信號(hào)頻率特性的影響。因?yàn)榘雽?dǎo)體制冷器的電流逆向改變制冷方式的特性，所以當(dāng)單片機(jī)輸出 PWM1 時(shí)，流經(jīng)半導(dǎo)體制冷器的電流為正向，即從半導(dǎo)體制冷器的正端流向負(fù)端，此時(shí)半導(dǎo)體制冷器加熱，加熱時(shí)間由 PWM1 信號(hào)的占空D1D4D5C110pfC2C3U1ps25012 Q1Q2R1L1R2R3R4R6R7R5 R8+50VD6D9D10C410pfC5C6U2Q3Q4R9L2R10R11R12R14R15R13 R16+50V12比控制，當(dāng)需要快速加熱時(shí)，PWM1 信號(hào)的占空比變大，當(dāng)加熱速度要求較慢時(shí)單片機(jī)調(diào)節(jié) PWM1 的占空比變小。另外，為了控制大功率開關(guān)器件得的關(guān)斷浪涌電壓和續(xù)流二極管恢復(fù)浪涌電壓，在場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極之間跨接由 R D4 和 C2 組成的關(guān)聯(lián)型緩沖電路，限制開關(guān)管開通和關(guān)斷瞬間的漏源電壓過沖，防止開關(guān)管過電壓擊穿損壞。盡量減少和縮短各元器件之間的引線和連接。（3）位于電路板邊緣的元器件。4 PCR 基因擴(kuò)增儀溫度控制系統(tǒng)的 PCB 板制作印刷電路板是整個(gè)控制系統(tǒng)、信號(hào)線、電源線的高密度集合體，印刷電路板設(shè)計(jì)的好壞對(duì)抗干擾能力影響很大，故印刷電路板設(shè)計(jì)決不單是器件，線路的簡(jiǎn)單布局安排，還必須符合抗干擾的設(shè)計(jì)原則。圖 半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路場(chǎng)效應(yīng)管的柵極電阻 Rg 對(duì)開關(guān)管的特性具有一定的影響，Rg 如果過大，將增加場(chǎng)效應(yīng)管的開通和關(guān)斷時(shí)間，導(dǎo)致電路能耗增加；如果柵極電阻 Rg 過小，則會(huì)導(dǎo)致電流的變化率增加，這樣就會(huì)引起場(chǎng)效應(yīng)管的誤導(dǎo)通，柵極電阻上的損耗也會(huì)有所增加。本設(shè)計(jì)采用模擬電路對(duì)單片機(jī)輸出信號(hào)進(jìn)行放大，使用場(chǎng)效應(yīng)管作為開關(guān)管控制信號(hào)。目前常用的功率放大電路分別是無輸出電容的功率放大電路（OCL 電路） 、無輸出變壓器的功率放大電路（OTL 電路）和橋式推挽功率放大電路（BTL）電路三種。光電耦合器是一種以光為媒介來傳輸電信號(hào)的電子元器件，它對(duì)傳輸?shù)碾娦盘?hào)具有良好的隔離作用，因?yàn)樗喾N的優(yōu)點(diǎn)，使其在各種電路中得到了廣泛的應(yīng)用。但是溫度變化過程需要一定時(shí)間，所以實(shí)際 PCR 過程時(shí)間都在幾個(gè)小時(shí)以上。因此使用一個(gè)片件就可以代替分立的加熱系統(tǒng)和制冷系統(tǒng)。但是半導(dǎo)體自身存在電阻當(dāng)電流經(jīng)過半導(dǎo)體時(shí)就會(huì)產(chǎn)生熱量，從而會(huì)影響熱傳遞。 PWM脈寬調(diào)制是從微處理器到被控制系統(tǒng)信號(hào)都是數(shù)字形式的，不用進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，讓信號(hào)保持?jǐn)?shù)字形式可以將噪聲降到最小。圖中檢測(cè)端是由鉑電阻和三個(gè) 1K 的電阻構(gòu)成不平衡電橋，當(dāng)圖中 a 點(diǎn)電壓比 b 點(diǎn)電壓高時(shí)，說明傳感器組值變大，溫度升高，反之阻值變小，溫度下降。下表為鉑電阻 PT100 的參數(shù)表。常用的溫度傳感器有以下幾種：熱電偶測(cè)溫范圍寬，但其檢測(cè)靈敏度低：熱敏電阻器制作的溫度傳感器，在較窄的溫度范圍內(nèi)檢測(cè)靈敏度高，超出范圍則線性度非常差且檢測(cè)范圍較窄不適用于本課題。行列式鍵盤是由數(shù)根行線和列線共同組成的，每對(duì)行線和列線豎直交叉，交點(diǎn)不連通，而是通過按鍵連接，該按鍵是一個(gè)機(jī)械開關(guān)，當(dāng)按鍵按下時(shí)行線和列線接通，對(duì)應(yīng)行列的電平發(fā)生變化，就可以確定哪個(gè)按鍵被按下。本設(shè)計(jì)選用的 FM1286412L 漢字圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，該液晶顯示模塊是12864 點(diǎn)陣的漢字圖形型液晶顯示模塊，可顯示漢字及圖形，內(nèi)置 8192 個(gè)中文漢字（16X16 點(diǎn)陣） 、128 個(gè)字符（8X16 點(diǎn)陣）及 64X256 點(diǎn)陣顯示RAM（GDRAM） 。如圖 所示PA1449PA1550PC1051PC1152PC1253PD254PB355PB456PB557PB658BOOT060PB759PB861PB962VSS_363VDD_364VBAT1PC132PC143PC154PD0OSC_IN5PD1OSC_OUT6NRST7PC08PC210PC19PC311VSSA12VDDA13PA0WKUP14PA115PA216PA317VSS_418VDD_419PA420PA521PA622PA723PC424PC525PB026PB127PB228PB1029PB1130VSS_131VDD_132VDD_2 48VSS_2 47PA13 46PA12 45PA11 44PA10 43PA9 42PA8 41PC9 40PC8 39PC7 38PC6 37PB15 36PB14 35PB13 34PB12 33STM32F101R8T6 圖 STM32F101R8T6 芯 片 LCD 液晶顯示和鍵盤輸入模塊 LCD 液晶顯示和鍵盤的輸入是人機(jī)交流的基本設(shè)施。 儀器的系統(tǒng)環(huán)境溫度變化從室溫到 100℃范圍較大，升降溫度要求較快，并且作為科學(xué)研究?jī)x器它在溫度穩(wěn)定階段要求精度也較高。b. 系統(tǒng)的工作原理：基因擴(kuò)增儀是實(shí)現(xiàn)基因擴(kuò)增過程中變性復(fù)性延伸三個(gè)變化階段的主要工具和手段，所以 PCR 儀的工作原理就圍繞這三個(gè)變化階段進(jìn)行溫度控制。開環(huán)控制的輸入和輸出之間沒有反向聯(lián)系，是一種單向的控制過程。采用基于單片機(jī)控制系統(tǒng)外圍電路、輸出功率驅(qū)動(dòng)控制電路、溫度檢測(cè)電路、由液晶顯示器和鍵盤構(gòu)成的監(jiān)控部分電路的實(shí)時(shí)控制。是包括主要控制單元單片機(jī)及外圍電路在內(nèi)的溫控系統(tǒng)的核心，這部分負(fù)責(zé)通過控制程序計(jì)算輸入輸出數(shù)據(jù)，控制AD 輸入和 PWM 輸出； (2) 顯示與輸入鍵盤。在任何精密電子儀器的硬件系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)當(dāng)中，都有一定的基礎(chǔ)原則：(1) 穩(wěn)定性和可靠性。但以后幾個(gè)月繼續(xù)做了許多，一些成功一些失敗，1984 年冬到 1985 年春，研究組認(rèn)為結(jié)果令人鼓舞，但不十分確定，這時(shí)，厄利克合安海姆決定讓公司技藝精湛的實(shí)驗(yàn)技術(shù)師才木完全投身 PCR 組工作，事實(shí)證明這是一個(gè)非常有眼光的決定，因?yàn)橛嘘P(guān) PCR 的一篇論文中幾乎所有工作者都是才木親手完成的?！　?2) PCR 實(shí)驗(yàn)摸索期：1983 年 9 月 8 日所進(jìn)行第一次 PCR 的實(shí)驗(yàn)，穆利斯選擇了人神經(jīng)生長(zhǎng)因子基因作為目標(biāo)序列，試驗(yàn)結(jié)論沒證明也沒推翻 PCR 的所有理論。第 5 章 總結(jié)及體會(huì)，這一章是對(duì)論文工作的總結(jié)及本設(shè)計(jì)做完之后的感想。而反應(yīng)管控制精確的算法能自動(dòng)補(bǔ)償時(shí)間，而且適合各種類型的反應(yīng)管，確保反應(yīng)物按照程序設(shè)定的時(shí)間維持預(yù)設(shè)溫度。(3) 簡(jiǎn)便快捷，Taq 酶的使用使 PCR 技術(shù)可以自動(dòng)化完成，各種高效 PCR儀相續(xù)問世使 PCR 操作可以在基層單位的實(shí)驗(yàn)室中順利完成。 研究意義 PCR 技術(shù)以其自身巧妙的原理有與眾不同的特點(diǎn)，高特異性、高敏感性及簡(jiǎn)便快捷使其成為基因診斷首選的技術(shù)之一。由于對(duì) DNA 連接酶及限制性內(nèi)切酶的合理使用，DNA 重組到質(zhì)?；蚴删w載體中，在細(xì)菌中表達(dá)成為 70 年代基因克隆的最常用技術(shù)。 研究背景分子生物學(xué)技術(shù)正以驚人的速度發(fā)展，特別是近 20 年來已經(jīng)成為生命科學(xué)的一個(gè)主要的生長(zhǎng)點(diǎn)。為此，本文設(shè)計(jì)根據(jù)加熱腔實(shí)際的溫度，通過模糊規(guī)則進(jìn)行推理和決策，在線整定PID控制器的3個(gè)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱腔的溫度控制；設(shè)計(jì)并制作PCR溫度控制儀的硬件電路，包括溫度采樣電路、半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)系統(tǒng)、顯示電路等。 15～18 周：整理資料、撰寫論文。 (論文) 的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）： 主要內(nèi)容：1. 研究一種適合于 PCR 儀的溫度控制系統(tǒng)，根據(jù) PCR 儀的工作原理確定溫度控制系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案； PCR 溫度控制系統(tǒng)的硬件電路，包括溫度采樣電路、半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)電路、單片機(jī)系統(tǒng)等。該方法具有產(chǎn)率高、快速、簡(jiǎn)便、重復(fù)性好等突出優(yōu)點(diǎn)，在分子生物學(xué)、疾病診斷、免疫學(xué)以及基因組工程等領(lǐng)域有非常廣泛的應(yīng)用。 （2）了解了 PCR 儀的基本工作原理，并對(duì)其溫度控制技術(shù)進(jìn)行了理論分析和研究。離開這些現(xiàn)代化生命科學(xué)儀器的支撐，許多重大的研究項(xiàng)目和工程都將舉步維艱。 Temperature sampling目 錄 1 緒論 ..........................................................................................................................1 概述 .......................................................................................................................1 研究背景 ...............................................................................................................2 研究意義 .................................................................................................