碳纳米孔DNA测序中数据采集系统FPGA控制逻辑的设计与实现

发布时间：2020-02-24 00:27

【摘要】：DNA测序技术是现代生命科学和生物医学的重要研究手段,数十年来经历了从最初的手工测序到当今的纳米孔测序的发展。碳纳米孔DNA测序技术是新一代的DNA测序技术,它不仅测序通量高而且测序速度快,成本也相对较低。这种测序技术的成熟发展将有望帮助人类实现个人全基因组测序的目标。不同的碱基在穿过碳纳米孔通道时产生的特征电流信号有所差异,碳纳米孔DNA测序就是通过检测不同的特征电流信号来测量DNA序列的一种技术。为了满足碳纳米孔DNA测序系统的需求,本课题采用USB2.0接口技术与FPGA技术设计了一款多通道同步数据采集装置。本文在此基础上,进一步完善了FPGA控制逻辑的设计,实现了数据采集系统与计算机之间的通信、计算机对FPGA控制逻辑的配置以及数据缓存功能等。本文从数据采集系统的总体设计要求出发,首先论述了USB2.0固件的设计,制定了多通道同步数据采集系统的固件控制协议和固件程序控制流程等。在此基础上,采用自上而下的模块化设计思想,对FPGA中命令与配置逻辑、USB接口控制逻辑、SDRAM FIFO逻辑以及异步FIFO等模块进行了优化设计,详细论述了其实现方法,并进行了相关模块的功能仿真。最后针对各控制逻辑和数据通路设计了相应的调试方案,完成了对系统的在线调试,验证了FPGA控制逻辑设计的可行性和完备性,实现了系统在刺激模式和采集模式下数据的转换和传输,为多通道数据采集系统整体的进一步完善奠定基础。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R440;TP274.2

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本文编号：2582295