本系統(tǒng)原設(shè)計(jì)為8通道QCM檢測(cè)，即采用8套完全相同的以MAX913芯片為核心的振蕩器，通過(guò)2個(gè)CD4069反相器反相后分別送到4個(gè)差頻器 74LS74的D端，每一個(gè)差頻器74LS74內(nèi)部有2個(gè)D觸發(fā)器。2個(gè)6M高精度有源晶振分別經(jīng)時(shí)鐘芯片CDCV304后變成8個(gè)6M輸出信號(hào)，分別送到4個(gè)差頻器74LS74的CLK端。經(jīng)過(guò)4個(gè)差頻器74LS74差頻后的頻率信號(hào)送到可編程邏輯器件EPM570GT100C3芯片的I/O口。 EPM570GT100C3在這里做頻率計(jì)，通過(guò)軟件編程來(lái)實(shí)現(xiàn)。記下的差頻頻率通過(guò)8位數(shù)據(jù)線送到51單片機(jī)AT89S52，同時(shí)AT89S52對(duì)EPM570GT100C3控制，以選擇哪個(gè)通道，AT89S52處理后的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)232串口送到上位機(jī)。

　　石英晶體振蕩及差頻電路

　　為了保證QCM在滴入生物試劑后能振蕩起來(lái)，必須采用一套比較特殊的自激振蕩器電路，普通的用反相器構(gòu)成的振蕩器電路不易起振，自激振蕩器通常是由基本放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò)三部分組成的。在石英晶體振蕩電路中，石英晶體作為正反饋網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分，也是一種選頻網(wǎng)絡(luò)，只有在石英晶體振蕩器的固有諧振頻率下才能滿足條件。根據(jù)這一原理，采用以MAX913芯片為核心的振蕩器，它的輸出是TTL電平，便于單片機(jī)或可編程邏輯器件的信號(hào)采集。測(cè)量用QCM振蕩電路輸出的方波信號(hào)送入差頻器74LS74的D端，參考用高精度6M晶振輸出的方波信號(hào)送入差頻器 74LS74的CLK端，得到的差頻信號(hào)送入可編程邏輯器件進(jìn)行計(jì)數(shù)，采用差頻的目的是為了降低輸入到可編程邏輯器件EPM7128的頻率。石英晶體振蕩及差頻電路如圖2所示。

　　圖2 石英晶體振蕩及差頻電路

　　EPM7128和AT89S52的控制電路

　　經(jīng)過(guò)差頻器74LS74后的差頻信號(hào)，從74LS74 的5腳輸出送到可編程邏輯器件EPM7128的6腳I/O口上。由于可編程邏輯器件引腳比較靈活，又有可擦除可編程的能力，因此對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行修改時(shí)，只需要修改原設(shè)計(jì)文件再對(duì)可編程邏輯器件芯片重新編程即可，而不需要修改電路布局，更不需要重新加工印刷線路板，這就大大提高了系統(tǒng)的靈活性，且具有很好的保密性，在這里通過(guò)軟件編程將其設(shè)計(jì)為頻率計(jì)。在開(kāi)始測(cè)量時(shí)，上位機(jī)通過(guò)串口給51單片機(jī)AT89S52發(fā)出命令，AT89S52先給EPM7128的22腳一個(gè)RST復(fù)位命令，使EPM7128復(fù)位后開(kāi)始工作計(jì)頻，頻率測(cè)量計(jì)時(shí)時(shí)間為100ms，計(jì)時(shí)結(jié)束后，EPM7128的46腳發(fā)出中斷信號(hào)送給AT89S52的外中斷0口，單片機(jī)接收到中斷信號(hào)后從P1口的P10~P12給EPM7128發(fā)出3個(gè)選擇信號(hào)SEL0~SEL2。由于在EPM7128設(shè)計(jì)的是32位計(jì)數(shù)器，而51單片機(jī)是8位機(jī)，因此需要4次分時(shí)處理32位數(shù)據(jù)信號(hào)，由選擇信號(hào)SEL0~SEL2來(lái)控制。最終從EPM7128輸出8位數(shù)據(jù)信號(hào)到AT89S52的P0數(shù)據(jù)口，經(jīng)單片機(jī)處理后通過(guò)串口發(fā)到上位機(jī)進(jìn)行最后的數(shù)據(jù)處理和圖形界面顯示。此部分硬件電路圖如圖3所示。

　　圖3 可編程邏輯器件EPM7128和51單片機(jī)AT89S52的控制電路

　　AT89S52的14、15腳外接晶振和電容組成單片機(jī)的振蕩電路，4腳是復(fù)位端，由IPM810控制，IPM810具備上電復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位及欠壓復(fù)位功能。AT89S52使用PLCC44腳封裝的貼片器件，利用單片機(jī)AT89S52的P1口和復(fù)位口進(jìn)行在線編程，使用at89isp軟件在線編程，進(jìn)行程序的燒寫(xiě)。

　　EPM7128 的83腳是全局時(shí)鐘，外接工作用的時(shí)鐘信號(hào)。該時(shí)鐘信號(hào)可以使用有源晶振來(lái)產(chǎn)生，也可以使用無(wú)源晶振加振蕩器產(chǎn)生。EPM7128的14、71、23、 62腳分別是TDI、TDO、TMS、TCK端，是JTAG編程口。EPM7128也是采用在線編程方式進(jìn)行程序的燒寫(xiě)，采用JTAG在線編程。其他引腳基本上都是I/O口，可根據(jù)需要指定。本設(shè)計(jì)中可編程邏輯器件EPM7128和51單片機(jī)AT89S52共有13根線相連，進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊和控制，其中 OUTPUT0~OUTPUT7是數(shù)據(jù)通訊，SEL0~SEL2是AT89S52對(duì)EPM7128的片選控制信號(hào)，INT則是EPM7128對(duì) AT89S52發(fā)出的中斷控制信號(hào)。

　　QCM作為微質(zhì)量傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、振動(dòng)Q值大、靈敏度高、測(cè)量精度可以達(dá)到納克量級(jí)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)、物理、生物、醫(yī)學(xué)和表面科學(xué)等領(lǐng)域中。壓電石英晶體傳感器用于凝血因子檢測(cè)具有使用方便、精度高和成本低等優(yōu)點(diǎn)，有廣闊的臨床應(yīng)用和推廣前景。