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　　0 引言

　　微量注射泵是臨床醫療和生命科學研究中經常使用的一種長時間進行微量注射的儀器，這種儀器主要應用于動靜脈輸液，輸血和精密化學實驗。現今國內外微量注射泵的主要問題是精度不高，而且一般只實現單通道勻速注射。而有些場合如食品檢測色譜分析中往往要求勻變速注射試劑。因此設計勻加速或勻減速注射泵，并且聯動控制多臺注射泵，實現人機對話數據處理是非常有必要的。

　　1 系統概述

　　如圖1所以，系統可以分為計算機軟件控制模塊、主控制芯片模塊、步進電機驅動模塊、傳感器模塊等4個模塊。

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　　計算機通過RS 232串口與主控制芯片模塊連接，通過自主設計的監控軟件，可以實時監控和管理注射泵的工作狀態，運行后可以實現全自動化處理。主控制芯片模塊由ARM和FPGA以及外圍電路組成，FPGA產生步進電機所需要的電脈沖信號，傳送給驅動器模塊，驅動器模塊里的脈沖分配器把電脈沖信號按規定的方式分配給電機各相勵磁繞組，從而帶動步進電機轉子運轉。與此同時安裝在電機軸上的增量式旋轉編碼器和壓力傳感器實時監控電機的實際工作情況，由于FPGA具有硬件實時處理的特點，傳感器的數據會同步傳給FPGA，當旋轉編碼器已經停止編碼，而FPGA在發送脈沖信號，則會馬上停止電機運轉并蜂鳴報警，進入堵轉狀態;在壓力傳感器測得壓力超過最大限壓時，也會馬上停止電機工作，且計算機提示和蜂鳴報警。

　　2 硬件設計

　　2.1 主控制芯片模塊

　　如圖2所示，主控模塊采用ARM和FPGA相結合的方式。ARM嵌入式處理器主要負責人機接口和對外通信并對總的進程進行管理，FPGA實現并行控制多路步進電機和對傳感器的實時處理。其外圍電路包括：液晶模塊、鍵盤輸入模塊、電源模塊、RS 232接口轉換模塊、報警模塊。

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　　ARM采用意法半導體(ST)公司推出的基于ARMCorrex M3內核的STM32F103處理器。它集32位RISC處理器，低功耗、高性能模擬技術、高速DMA通道及豐富的片內外設、JTAG仿真調試于一體。在性能上，CorrexM3內核采用ARM V7體系結構，指令速度可接近80 MIPS，具有強大的數據處理能力和運算能力。

　　FPGA(即現場可編輯門陣列)采用的是Attera公司生產的CYCLONE II系列。EP2C5。FPGA采用獨特的并行運算電路，在一個控制核心中可以加入多個控制對象進行獨立驅動，控制性能不受到影響，各控制對象間不會產生干擾，避免了多對象實時控制中繁瑣的時序設計問題，正好符合設計中同時控制多臺注射泵的要求，一定程度上提高系統的集成度和抗干擾能力。同時FPGA具有硬件實時處理能力，每個硬件都例化在FPGA里面，等效于旋轉編碼器和壓力傳感器都成為了FPGA的一個硬件塊，因此，其處理速度會非常快。