ADmC841单片机和LCM3202401芯片实现膜片钳放大器的设计

1、【Word版本下载可任意编辑】 ADmC841单片机和LCM3202401芯片实现膜片钳放大器的设计 钳位电压发生器 监测细胞膜离子通道电流有电压钳位和电流钳位两种方法，我们采用的是电压钳位的方法，即在I-V 转换器的同相输入端接入一个钳位电压，把细胞膜电位钳制在一个固定的电压值。这个电压的幅值在几十到几百 mV 范围内，脉冲时间1050ms。图2 给出了钳位电压发生器的电路。电路中采用的是555 构成多谐振荡的方式来实现方波的发生。555 直接产生的方波信号幅值接近电源电压，而所用的钳位电压应该是一个电压幅值在几百个毫伏左右的信号，所以要对555 产生的信号开展幅度的调节。555 产生的方波

2、信号经过电阻R3 和稳压管D1后在D1 两端输出稳定的2.4V 电压，再在这个电压两端并上电位器R4，从它的滑动端取出电压作为钳位电压。这样可以对钳位电压开展灵活的调节，得到需要的幅度。产生的方波的周期可通过调节电位器R2 在14ms154ms 之间变化。 图2 钳位电压发生电路 微电流采集放大与阻容补偿 膜片钳放大器的 主要部分就是电流的采集、I-V变换和放大以及各种补偿电路。由于测量的是电流信号，所以要首先把电流转换为电压。由于细胞膜离子通道电流非常微弱，仅为几个 pA ，所以对电流电压转换部分所用放大器的性能要求比较高，要求它具有很高的输入阻抗和很低的偏置电流。为满足上面的要求，笔者选用

3、ADI公司的高 、低功耗、轨轨放大器AD8627。它具有极低的偏置电流， 只有1pA；用526V的单电源供电或2.5到13V均可； 的失调电压为 500mV。图3中给出了具体电路。 图3 电流电压转换电路 当使用膜片钳放大器对细胞膜离子通道电流开展记录时，由于电极输入端存在杂散的电极电容Cp、细胞膜电容 Cm和电极输入端至细胞膜之间的串联电阻Rs；若钳制电压Vc端施加阶跃电压时，必将引起Cp、Cm的暂态充电电流和Rs上的压降，其充电电流通过电阻 Rf，导致输出电压产生动态误差，同时可能使放大器饱和，以致不能正常工作，为校正这些误差必须采用相应的补偿措施。图4示出阻容补偿电路的电路图。本电路中的

4、放大器均采用的是ADI公司的OP4177 ，OP4177内部集成了四个运放，采用5V供电，可以和电路的其他部分统一供电，它的失调电压为 60mV、偏置电流为2nA，噪声很低，能够很好的满足设计的要求。 图4 阻容补偿电路 其中电极电位Vp是串联电阻补偿信号V1与修正后的控制电压10 Vc之和经过两个电阻组成的十分之一衰减电路实现。A6输出的电压经一个电位器后进入跟随器，然后通过一个1pF的电容实现快电容补偿。其中电位器可以实现补偿调节，使电路灵活方便。慢电容补偿信号是由Vc经过由A3，A4和A5所组成的状态变量环而获得。预测注入电流在Rs上所产生的误差电压V2也是由状态变量环得到，并与控制电压

5、Vc通过 A2相加。由于正反应的作用，由A2经过状态变量环，产生与Vc相对应的过冲电压Vc，从而产生超量充电作用。同时，慢电容的补偿电路还实现串联电阻误差的预测，从电流监测输出端输出的电压经A1后又经过预测电路的同步调节实现了串联电阻的补偿。快电容和慢电容补偿电路均示于图4中，分别通过各自的电流注入电容器与电极入端相连。 液晶显示模块 本系统选择*青云公司的图形液晶LCM3202401，它具有320240的点阵，采用SED1335作为控制器，可以实现图形和文本两种显示方式。液晶模块直接通过ADmC841开展控制。 按键模块及菜单界面 在系统中，提供三个按键，对应于液晶显示屏上的相关菜单。每 菜单提供应使用者简单的提示，方便使用，因而只需要在菜单的提示下按一键（有A、B、C三个键）便可完成所需要的操作。 系统软件设计 本系统软件主要是完成单片机对模拟信号的采集、存储，原有数据的回放，系统和PC机的通讯并且控制液晶和按键实现人机交互，方便操作。系统软件设计采用模块化构造，主要分为测量模块、打印模块和无线传输模块。系统采用中文菜单友好用户界面，便于操作。开机后首先对系统开展初始化，然后显示主菜单，显示完主菜单延时5秒后显示各功能菜单。功能菜单有原有数据的回放、实时采样显示和红外