PCR技术是基因工程中的重要组成部分,数字PCR作为目前最为先进的第三代PCR技术,它具有更加出色的灵敏度和精确性。随着半导体技术和电子技术的发展以及微控制器产业的不断革新,数字PCR仪正向数字化、自动化方向发展。本文基于数字PCR仪的操作和功能要求,设计了控制系统的硬件模块和底层驱动代码,具体如下。(1)设计了主控系统的硬件电路。以满足控制功能及其性能为目标,充分利用硬件资源,降低硬件成本。本课题选用STM32F103ZET6作为主控制器,采用模块化的设计方法,设计各个硬件模块,主要包括电源模块、主控制器模块、三维机械臂电机驱动模块、光电编码器模块、铁电存储器模块、清洗泵驱动模块、槽型行程光电传感器模块、十通阀接口模块、UART通信模块、程序下载模块。(2)设计了底层驱动软件。本文基于μC/OS-III操作系统,围绕STM32主控制器,根据各硬件模块的操作方法,设计底层驱动程序。首先,本文设计了简洁高效的通信协议用于上位机和下位机的通信,并且数据接收过程中,使用规定的时间段的方式来判断数据是否接收完全,从而防止数据内容和帧尾数据一样的情况时,出现数据接收不完整的情况。然后,基于I~2C总线,根据铁电存储芯片的读/写要求,本文设计相应的读/写程序,并列举了本课题存放在铁电存储器中的参数和其默认值。(3)设计了三维机械臂的控制程序。首先,本文根据编码器、丝杆等设备的参数,求得了位置和转速的计算公式。然后,为了实现位置和转速的双闭环控制,分别设计了位置PI控制器和转速PI控制器,并通过试凑法来获得两个PI控制器中的K_p和K_i的值。最后,根据三维机械臂的不同初始位置,设计了三维机械臂的复位程序。(4)设计了清洗泵的控制程序。通过对比梯形加速和“S”型加速的优缺点,本文使用梯形加速的方式来控制清洗泵内部步进电机的运动,并设计其加速和减速过程。根据数字PCR仪的操作方法,本文设计了上位机测试程序,该测试软件具有界面友好、操作简单等特点。(5)对数字PCR仪主控系统进行了测试。主要对数字PCR仪的通信模块、三维机械臂的位置精度、转速精度以及数字PCR仪的移液精度进行了测试、分析。测试结果表明,其各项的指标符合控制系统的设计要求