1 基因图谱检测原理及硬件设计
　　1.1 基因图谱检测原理与系统总体模型构建
　　生物学的基因图谱检测是采用计算机视觉技术对基因图谱进行像素特征提取，实现对基因图谱的2维或者3维图像的辨识，各个基因图谱视觉特征采集系统采用4台计算机，3台显示器，基因图谱特征采集中，由于基因图谱是DNA双螺旋结构，在质谱图中生成生物时间序列，在基因图谱检测中，人类的生物基因特征由于放出DNA双链细胞而发生核糖核酸的衰变，其主要衰变方式为[α]，[β]，[γ]。微观的讲，个人基因组图谱自发地放射[α]粒子而发生[α]衰变，形成生命密码，单个基因图谱因为生物学上的缺陷，自发的放射出[β]粒子而发生[β]衰变，通过自由电子和正离子组成的离子对，基因物质相互作用的3种效应，束缚电子产生加速作用；通过区域像素分类，实现基因图谱检测，典型的基因图谱检测能谱图如图1所示。结合图1 ，本文采用区域像素分类原理进行基因图谱的检测仪设计，基于盖革?弥勒计数管设计基因图谱检测系统的区域像素分类仪器，盖革?弥勒计数管价格便宜，附属设备简单，在本文设计的图谱检测仪中具有较好的应用性，利用基因序列对像素特征的电离作用进行基因脉冲探测，如图2所示。其中，基因图谱的像素特征采集盖革?弥勒计数管的阳极[A]的电位为[U0]。
　　通过图2给出的区域像素分类脉冲计数器，运用绕组函数理论（WFT）准确计算输入电流和电压的脉冲向量，进行基因图谱的载荷数与探测电容的计算。在系统设计中，利用荧光物质的闪烁现象记录基因图谱的核糖核酸辐射值，包括基因图谱的光导和光电倍增量值，选择输入阻抗[Za]作为基因图谱检测的参数，得到阻抗值[Za=VaIa]，其中，[Va]和[Ia]都是光电子在光电倍增管内的相位电压和电流。通过区域像素分类，形成电子束在阳极上产生电压脉冲，基因图谱像素值的电子能量正常情况下的阻抗值和互感值分别为：
　　1.2 基因图谱检测仪的硬件设计
　　基因图谱检测仪的硬件设计，首先根据基因图谱仪的工作特点，选择合适的数字信号处理芯片，采用模块化集成设计方法，结合区域像素分类算法，进行基因图谱检测仪设计。系统硬件设计主要包括：RISC式微处理器、基因图谱的像素分类设计、基因序列恢复模块设计、A/D模块设计、D/A模块设计、人机交互系统设计和CAN通信模块设计、基因图谱检测仪的系统电源模块设计。由基因图谱检测系统的技术指标知系统对区域像素特征最低采样率为[25 MHz]，采用ADSP21160处理器进行基因图谱的区域像素特征采集，采样256道数据，即使用8位A/D芯片，基因图谱检测的DSP的最低速度应大于[25×20=500 MHz]，整机功耗不大于[2.0 W]，考虑额外的余量处理器速度应大于等于[600 MHz]。在系统的RISC式微处理器设计中，采用16位定点DSP内核，基于双16位MAC和双40位ALU进行像素特征采样，通过低速A/D将峰值电压进行量化，由于ARM系统模块的核心是ARM嵌入式微处理器，ARM嵌入式微处理器通过电路板的外端接口电路向A/D发送控制指令，把基因图谱的检测结构传回并保存至SD卡中，基因图谱检测ARM嵌入式微处理器设计电路见图4。
　　基因图谱检测ARM嵌入式微处理器中的 L1指令存储器包括64 KB SRAM，2个16 KB SRAM。基于区域像素分类方法进行基因图谱的特征信息采集，采用传感器进行基因图谱序列的特征信号的采集，每个数字信号对应单片机内存中的一个地址，信号特征分析其中一个16 KB可配置成Cache，每个道址逐步对基因图谱检测序列进行循环计数，如图5所示。其中，横坐标是脉冲幅度对应的道址，而纵坐标是每个道址的计数，通过循环计数，避免存在温漂现象，提高了对基因图谱的测量精度，降低误差。在基因图谱检测的ARM微处理器设计的基础上，设计DSP控制电路，图谱检测DSP控制电路包括时钟系统、测试接口、JTAG调试接口、硬件复位电路系统，DSP控制电路是整个基因图谱检测仪系统的控制核心，采用ADUM1201和PCA82C250设计基因图谱检测的DSP控制电路，为了增加系统的稳定性和抗干扰性，使用AD5545和AD8674进行图谱的重组控制，采用4 KB L1暂存数据，采用DSP控制芯片SRAM，通过CAN总线实时上传基因图谱数据，电路终端输出0～5 V的双路电压信号。
　　在图谱检测中，采用AD780产生2.5 V的基准电压。电压基准的设计重点在于减少噪声，模拟电源添加10 μF和0.1 μF的去藕电容，设计SPI或外部存储资源引导异步存储器（包括PC133 SDRAM）进行基因图谱的存储，综上分析，得到基因图谱检测DSP控制电路，如图6所示。
　　基因图谱检测DSP控制电路设计中，要求温漂小于[3 ppm/℃]，最大输出电流10 mA，可以实现600 MHz的持续工作。另外，为了避免基因图谱干扰序列的影响，采用10 μF，0.1 μF和0.001 μF三种开关噪声电容进行图谱检测滤波，对基因图谱检测滤波采用FIR滤波电路，用FIR滤波可以尽量减少电源毛刺，提高对基因图谱的检测精度，得到基因图谱的检测的滤波电路如图7所示。

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