基于USB2.0的单色光源外围电路设计

基于USB2.0的单色光源外围电路设计

[日期：

2008-04-25] 来源： 作者： [字体：大 中 小]

【摘 要】单色激发光源是单细胞荧光显微系统中的重要组成部分。本文简要介绍了单细胞荧光显微系统中单色激发光源外围电路的组成，并详细介绍了单色激发光源中光 栅定位器控制电路和温度检测电路以及用于显示单色光源系统工作状态的有机发光显示器电路设计。这种基于USB2.0传输协议的光栅定位器控制电路和基于比 率法的温度检测电路具有较好的通用性。

【关键字】USB2.0 数模转换 温度监测 有机发光显示器

1．引言

自20世纪70年代第一次观察到室温下溶液中单个分子发光的现象以来，单个分

[1]子或少许分子的荧光显微检测技术已经越来越引起人们的重视。 图1是典型

的胞内钙离子浓度荧光显微检测系统的结构图。整个系统主要包括以下几个部分：单色激发光源系统、光学耦合系统、荧光显微镜、微弱荧光检测系统、 计算机等。其原理如下：单色激发光源在计算机控制下发出所需要的单色激发光，经光纤和耦合系统被引入荧光显微镜，并聚焦到样本平面，激发细胞中的荧光探针 发出荧光，微弱荧光检测系统（包括电荷耦合器件CCD和光电倍增管PMT）采集并记录荧光信号，最后输入计算机进行数据处理。

在荧光显微、荧光强度检测、荧光成像等荧光检测系统中单色激发光源是其中重要的组成部分。单色激发光源既可以和荧光显微镜组成单细胞荧光显微系统使 用，也可单独使用在其他需要激发荧光的场合。这种通用性很强的单色激发光源一般由氙灯、高压启动和恒流供电电源、控制电路和闪耀光栅等一系列精密的光学元 件组成。氙灯的发光光谱接近于太阳光谱，光谱连续，适合作为单色光源的激发光源，但是氙灯点火时瞬时功率较大，稳态工作时发热量也较大，会对单色光源中其 他的电子部件产生一定的影响。目前，国外研制的应用于荧光检测和成像系统的单色光源均具有较为完善的监控和保护功能[2]。在研究国外公开的产品资料的前提下，我们在国内率先自行研制开发具有自主知识产权的单色激发光源系统。

2、系统总体介绍

外围电路系统如图2所示，由PC机的光学扫描应用程序和以Cypress公司的USB2.0接口芯片EZ-USB FX2 CY7C68013（以下简称FX2）为核心处理器的硬件电路系统组成。

温度监测电路配合FX2对氙灯光源室的温度进行监测，由FX2控制的数模转换电路及信号调理电路实现对光栅扫描定位器的控制功能，有机发光显示器 （Organic Light Emitting Display，OLED）组成的显示接口电路作为人机界面

的显示，光感应电路用于监测氙灯的工作状态，继电器及其驱动电路配合FX2实现单色激发光源的 各部分电路按照预定程序加电。

图1 荧光测钙系统的原理图

图2 外围电路系统结构图

3、硬件设计原理与方案

3.1核心处理器EZUSB FX2的性能简介

核心处理器采用Cypress公司的EZUSB FX2。EZUSB FX2是一款满足USB2.0协议同时兼容USB1.1传输协议的功能强大的接口芯片。它是在一个增强型的8051单片机内 核的基础上，集成了一个串行接口引擎(SIE)，和一系列的端点

（Endpoint）。这些端点既可以被增强型的8051访问也可以被串行接口引擎访问。 从增强型8051的角度来看这些端点都可以看作其外部的扩展缓冲区。串行接口引擎用以完成对USB协议的封包和解包，同时屏蔽了底层信号的电器特性。为了 缩短USB设备的开发周期，Cypress公司为USB设计者提供了EZUSB系列的固件程序框架，本系统中的FX2固件均在这个固件程序框架的基础上进 行编写[3]。

3.2光栅控制模式选择和定位器驱动电路设计

3.2.1光栅定位器驱动模式选择电路设计

闪耀光栅及其定位器是单色光源系统中的关键部件，在单色光源的设计中我们选用了美国CTI公司的光栅定位器（Mirror Positioning System）。为方便用户对单色激发光源控制并提高单色光源控制系统的智能程度。在单色光源控制系统中我们设计了三种光栅定位器控制方式：（1）数据采 集器控制方式，即利用荧光显微检测实验中数据采集器输出的模拟电压来控制光栅定位器。（2）手控板控制方式，通过配备给用户的手控板可以直接控制光栅定位 器输出用户指定波长的单色光。（3）USB接口控制方式，用户直接通过计算机的USB接口运用本系统中光学扫描应用程序，控制光栅定位器输出实验所需的单 色光。该部分电路原理如图3所示。FX2控制低阻抗的模拟开关DG409实现控制模式的选择，在数据采集器控制模式下，FX2控制模拟开关将控制通道切向 数据采集器模拟量接口，在手控板和USB控制模式下FX2将模拟开关切向DAC输出信号端。LF347组成跟随电路提高光栅定位器控制信号的负载能力。

3.2.2基于USB2.0传输协议的光栅定位器驱动电路设计

利用USB协议的“热拔插”的优点，方便用户对单色激发光源的操作，我们设计了基于USB2.0传输协议的光栅定位器控制电路，该部分的电路原理如图3所 示。AD5322为12位精度、单电源供电、输出缓冲为轨－轨的串行数模转换器，FX2与PC机以USB2.0协议中中断优先级较高的控制传输方式通讯， 接收PC机发送的波长扫描数据。FX2内集成的增强型8051单片机将 波长数据转换后得到相对 …… 此处隐藏：2295字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……