STM32设计的PCR仪

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PCR 仪可用于扩增 DNA，在人类的疾病诊断、食品安全等方面具有重要的意
义，但由于 PCR 反应的试剂由人来配备且用离心振荡机混合，这不仅造成了试剂
的浪费也增加了劳动力的成本。而数字微流控芯片能够实现液滴的混合且具有损
耗试剂量少的特点，其中基于介电润湿法（EWOD）的数字微流控芯片的结构简
单，是操控液滴最有效的方法。目前 PCR 仪大多依靠人来操作，自动化程度不高，
而利用自动化控制泵这种手段可实现自动化的过程，将混合好的试剂加到 PCR 仪
中用于扩增。下面介绍基于 EWOD 的数字微流控技术和 PCR 仪的研究背景。

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本文设计一种一体化的 PCR 仪，即通过自动化控制泵将混合好的试剂加入到
PCR 仪中进行扩增并对结果进行分析，进而评价整个系统的性能。为了满足设计
要求，对硬件的设计有如下要求：
① 微流控系统中的直流高压电路，能够输出 200V 的直流电压，用于后续微流控
芯上的电极单元，驱动液滴。
② 微流控芯片上的电极单元间的间距要尽可能的小，考虑到加工工艺的要求，
设计相邻电极单元间的质心距离为 3mm。
③ 为保证 PCR 扩增顺利进行，PCR 仪系统中的温度控制模块需要实现快速升降
温并在恒温阶段保持一段时间。
④ 用整个系统可以完成 PCR 扩增实验，并将实验结果与商业 PCR 仪扩增结果做
比较，最后评价系统的性能。

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采用 Max1771ESA DC-DC 转换器控制芯片提供一个高
效、具有较宽范围电压可调的电源。它采用脉冲频率调制控制方式，利用电感的
充电电流来决定外部功率开关的通电与关断，达到升压的目的，从而输出稳定的
电压。其原理图如图 3.4 所示，输入电压 VIN 范围为 2~16.5V，内含过热保护和过
流限制回路。MAX1771 芯片有 8 个引脚，其中 EXT 引脚为栅极驱动，接 N 沟道
的场效应管，V+引脚为电源电压的输入端，FB 引脚用于调节输出电压信号的反馈
输入，当接地时为固定输出电压，当接变化电阻时可调节输出电压值。SHDN 引
脚为关断输入，当与 GND 相连时为正常状态，REF 引脚为参考电压输出，AGND
引脚为模拟信号地，CS 引脚的点电位被传输到内部电流传感器的放大器。当

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