FPGA_ASIC-一种高精度运动控制器IP核设计与实现
一种高精度运动控制器IP核设计与实现
闫永志 王宏 杨志家刘鹏
(中国科学院沈阳自动化研究所，辽宁 沈阳 110016)
(中国科学院研究生院，北京 100039)
摘 要：本文提出了一种运动控制器软IP的设计方案，该控制器可以控制4个轴的步进电机或数字伺服电机，可以进行各轴独立的定位控制、速度控制，也可任选2轴或3轴来进行直线、圆弧和位模式插补。文中介绍了其系统结构、基本功能和插补算法。设计最终形成软IP核，并在Xilinx公司的Vertex2系列FPGA 中予以实现和验证。
关键词：运动控制 插补 IP ASIC FPGA
中图法分类号: TN4文献标识码：A
Design and Implementation of High Precision Motion Controller IP
Yongzhi Yan1,2 Hong Wang1 Zhijia Yang1Peng Liu1
1( Shenyang Institute of Automation , Chinese Academy of Sciences, Liaoning Shenyang, 110016) 2( Graduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing, 100039)
Abstract: This paper designs a motion controller soft IP, it can control 4 axes of either stepper motor or pulse type servo drivers for position, speed, and interpolation. Any 2 or 3 axes can be selected to perform linear, circular, and bit pattern interpolation. We describe structure, function and interpolation arithmetic of the motion controller. Finally, the montion controller soft IP is implemented and verified in Xilinx Vertex2 FPGA.
Key words:motion control interpolation IP ASIC FPGA
1引言
随着计算机、控制理论、微电子等技术的迅速发展，运动控制技术取得了巨大的进步，已成为推动新的产业革命的关键技术。简单地说，运动控制就是对机械运动部件的位置、速度等进行实时的控制管理，使其按照预期的运动轨迹和规定的运动参数进行运动[1]。早期的运动控制技术主要是伴随着数控技术、机器人技术和工厂自动化技术发展而来的。近年来，随着运动控制技术的不断进步和完善，运动控制器作为一个独立的工业自动化控制类产品，已经应用在越来越多的产业领域中。
目前基于PC(Personal Computer)总线的以DSP(Digital Signal Processing)或专用运动控制ASIC(Application Specific Integrated Circuit)作为核心的开放式运动控制技术已经成为主流。将PC 机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点[2]。本设计使用verilog硬件描述语言设计了一种带有通用的PC机总线接口的运动控制器软IP(Intellectual Property)核，并通过FPGA(Field Programmable Gate Array)予以实现和验证。 2系统结构和基本功能
本设计是一个用于实现4轴运动控制的控制器，通过这个控制器可以控制由步进电机或由数字脉冲型伺服电机驱动的4个轴的位置、速度和插补。该系统由5个部分组成，分别是(1)命令/数据处理模块(2)插补控制模块(3)4个轴的运动控制模块(4)中断信号发生模块(5)脉冲分配模块。图1为该运动控制器的系统结构图。
该运动控制器的主要功能如下：
(1)独立的四轴驱动：可以分别控制四个电机驱动轴的运动，四个轴的功能完全相同。
(2)驱动速度控制：驱动脉冲的输出速度可以从1PPS(Pulses Per Second)到4MPPS，每个驱动轴可以进行定速驱动、直线加/减速驱动、S曲线加/减速驱动。
(3)2轴/3轴直线插补驱动：可以选择4个轴中的任何2个或3个轴进行直线插补驱动。
(4)圆弧插补驱动：可以选择4个轴中的任何2个轴进行圆弧插补驱动。
(5)位模式插补驱动：可以选择4个轴中的任何2个或3个轴进行位模式插补驱动。这种插补的数据由上位PC机进行计算，并将结果写入运动控制器，使其在预置的驱动速度下连续输出插补脉冲，这样可以产生任何形状的插补曲线。
(6)16位上位机总线：通过此接口与上位PC机进行数据交换。
Figure 1 Structure of the motion controller
图1 系统结构
3插补模块的设计
该控制器是一个4轴运动控制器，它可以实现任意2轴或3轴的直线插补、任意2轴的圆弧插补和任意2轴或3轴的位模式插补。插补模块的核心部分是直线和圆弧的插补算法的设计，本设计中采用的是一种改进的最小偏差算法，该算法在已有的最小偏差理论[3][4][5][6]上加以改进使偏差公式计算简单、插补精度更高。
3.1直线插补算法
平面上第一象限内的任意直线，已知其起点和终点坐标，直线方程为y = kx的标准形
式。当k < 1时，对于直线上的点，其横坐标大于纵坐标。按朝着偏差减小方向运动的原则，动点的进给只有两种情况：一种是沿x方向进给一步，另一种是沿x，y方向同时进给一步。当k > 1时，对于直线上的点，其纵坐标大于横坐标。因此，动点的进给也有两种情况：一种是沿y方向进给一步；另一种是沿x，y方向同时进给一步。事实上，对于直线斜率k > 1的情况，可以通过将直线方程的x与y的位置互换，变换成x = 1/k×y的形式，使得直线斜率1/k < 1，所以只分析第一象限直线k < 1的情况。
如图2所示，直线OA在第一象限内，其方程y = kx，斜率k < 1。设OA直线上与加工动点P i (x i , y i)相对应的点为P’i (x i , y’i)，则加工动点P i (x i , y i)与理想直线OA上对应点P’i (x i , y’i)的纵向偏差为△y = y i – y’i = y i – kx i。
Figure 2 Principle of linear interpolation arithmetic
图2 直线插补算法原理
令偏差判别函数F i =y i – kx i，则：
(1)当F i = y i – kx i> 0时，动点P在直线OA的上方，则向x方向进给一步，有：x i+1 = x i + 1，y i+1 = y i，新偏差F i+1 = y i+1 – kx i+1 = y i – k (x i + 1) = F i – k；
(2)当F i = y i – kx i≤ 0时，动点P在直线OA的下方，则向x，y方向同时进给一步，有：x i+1 = x i + 1，y i+1 = y i + 1，新偏差F i+1 = y i+1 – kx i+1 = y i + 1 – k (x i + 1) = F i + 1 – k；
上面是第一象限直线k < 1时的插补算法。对于k >1的直线，只需将上述算法中的x，y坐标互换即可。至于其它象限的直线，通过适当的坐标变换同样可以实现插补运算。在进行插补运算之前，首先要经过斜率判断，也就是对直线的终点坐标x e，y e的大小进行比较，以判断直线斜率是否小于1。对于不小于1的情况，则要将直线方程进行坐标变换，然后才开始进行插补运算。
3.2圆弧插补算法
考虑典型的第一象限逆圆弧(对于其它象限的情况可以通过相应得坐标变化得到)，如图3所示，圆心在原点，半径为R，起点为(x0, y0)，终点为(x e, y e)。设第i步插补点为P i (x i, y i)，此时加工偏差公式为：
F i = x i2 + y i2 – R2
则第i + 1步可能的插补点有A (x i – 1, y i + 1)，B i(x i – 1, y i)，C (x i , y i + 1)。它们与理想圆弧间的偏差函数分别为：
F(A) = (x i – 1)2 + (y i + 1)2 – R2 = F i – 2x i + 2y i + 2
F(B) = (x i – 1)2 + y i2 – R2 = F i – 2x i + 1
F(C) = x i + (y i + 1)2 – R2=F i + 2y i + 1
为选择三点中与理想圆弧偏差最小的点，取判别函数为：
F i’ = F(A) = F i – 2x i + 2y i + 2
当F i’ < 0时，点A在圆内，新插补点应为C点，即向y轴正方向进给一步。新偏差及坐标为：
F i+1 = F(C) = F i + 2y i + 1，x i+1 = x i ，y i+1 = y i + 1
当F i’≥0时，点A在圆上或圆外，下一插补点应在A和B中选择。为此，进—步取二次判别函数：
F’’ = F(B) = F i – 2x i + 1
若F i’’≥ 0，说明点B在圆上或圆外，则选B，为第i+1步插补点，即向x轴负方向进给一步。新的偏差及坐标为：
F i+1 = F i’’ ，x i+1 = x i – 1，y i+1 = y i
若F i’’≤ 0，说明点B在圆内，则应选A，为第i + 1步插补点，即向x轴负方向和y轴正方向各进给一步：
F i+1 = F i’ ，x i+1 = xi – 1，y i+1 = y i + 1
对圆弧起点(x0, y0)，应有x02 + y02 = R2，从而偏差初始值为F0 = 0。
Figure 3 Principle of circular interpolation arithmetic
图3 圆弧插补算法原理
3.3位模式插补模块
位模式插补驱动是把上位PC计算的插补数据以数据包的方式并行接收后以指定的驱动
速度串行输出插补脉冲[7][8]。图4表示位模式插补的第1轴正方向寄存器构成，BP1P寄存器是从上位PC接收位模式数据的16位寄存器，用来接收负方向位模式数据的是BP1M寄存器，其寄存器结构与图4相同。位模式插补开始后从D0依次输出驱动脉冲。
堆栈计数器SC是计算位模式数据储存量的计数器，它能从0至3变化，没有写入数据时堆栈数器SC为0。用位模式数据压栈命令将设定在BP1P、BP1M寄存器上的数据写入内部的16位移位寄存器SREG中。堆栈计数器SC = 0时写入SREG，SC = 1时写入REG1，SC = 2时写入REG2，数据写入完毕后堆栈计数器SC加1。位模式插补被2轴或3轴位模式插补命令启动后，所有轴跟主轴来的基本脉冲同步，根据16位移位寄存器SREG的D0位的值输出驱动脉冲。D0值为1时驱动脉冲输出，为0时不输出。移位寄存器SREG的16位全部输出结束后，寄存器REG1的数据移到移位寄存器寄存器SREG，REG2的数据移到REG1，堆栈计数器SC减1。堆栈计数器变为3后，上位PC再也不能把位模式数据压栈到内部。插补驱动开始后随着驱动脉冲的输出，堆栈计数器SC的数值以3→2→1减少所以可以重新写数据。堆栈计数器SC = 0意味着插补驱动的结束，所以连续运行位模式插补的话SC = 2或1时要设定下一个数据，SC数值从2变到1时也可以要求中断高位CPU以写入数据。
Figure 4 Structure of register for the bit pattern interpolation ( 1 axis +direction)
图4位模式插补寄存器结构(单轴正向)
4实验结果
本设计开发软件采用Xilinx公司的ISE6.2集成开发环境，设计语言使用Verilog硬件描述语言[9]，仿真软件使用Mentor公司的ModuleSim7.2，并在Xilinx公司的Vertex2-XC2V1000 FPGA中予以实现和验证，图5为2轴位模式插补仿真波形图。
Figure 5 Simulation wave of the bit pattern interpolation(for 2 axes)
图5 2轴位模式插补仿真波形图
验证结果完全符合预期要求，能够很好的控制4个轴的步进电机与数字伺服电机，部分技术指标如下：
(1)该运动控制器的输出脉冲频率范围从1Hz到4MHz。
(2)直线插补的精度小于± 0.5个最小插补单位。
(3)圆弧插补的精度小于± 1.0个最小插补单位。
(4)位模式插补的精度为± 1.0个最小插补单位。
5结论
运动控制技术日新月异，精度高、开放性好将是运动控制器的发展趋势。本文介绍的带有标准PC总线的运动控制器IP核将PC 机的信息处理能力和开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，具有信息处理能力强、开放程度高、运动轨迹控制准确、通用性好的特点。本文在已有的最小偏差理论的基础上提出了一种改进的最小偏差算法，使运动轨迹的偏差公式计算更为简单，进而提高了运算速度和插补精度。设计最终形成软IP，用户完全可以根据自己的需要定制出专用的运动控制ASIC芯片。
本文作者创新点：
本文介绍的高精度运动控制器方案将PC机的信息处理能力与开放式的特点与运动控制器的运动轨迹控制能力有机地结合在一起，并在已有的最小偏差理论的基础上提出了一种改进的最小偏差算法，使运动轨迹的偏差公式计算更为简单，进而提高了该运动控制器的运算速度和插补精度。
参考文献
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[2] 吴宏蒋仕龙龚小云运动控制器的现状与发展制造技术与机床 2004年第1期
[3] 王太勇 赵巍 李宏伟 孙兴伟 王国锋 快速最小偏差算法 组合机床与自动化加工技术
2003年第6期
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[6] 秦兴周川东王文基于FPGA的硬圆弧插补器设计机床与液压 2002年第5期
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第9期
[8]叶佩青 汪劲松 MCX314运动控制芯片与数控系统设计 北京航空航天大学出版社 2002
年11月第1版
[9]Michanel D.Ciletti 著张雅绮李锵等译Advanced Digital Design with the Verilog HDL
电子工业出版社 2005年1月第1版
项目背景：中国科学院知识创新工程重大项目“面向现场总线控制和机器人控制的片上系统SoC设计”
项目编号：KGCX-SW-15
作者简介:闫永志 男 1977年生 汉族 博士研究生 研究方向为超大规模集成电路设计与测试
王宏 男 1963年生 汉族 研究员 博士研究生导师 研究领域为计算机网络、工业通信、嵌入式系统、超大规模集成电路设计。
杨志家 男 1968年生 汉族 研究员 硕士研究生导师 研究领域为嵌入式系统
结构、集成电路低功耗设计以及SoC设计和验证方法
刘鹏 男 1980年生 汉族 工程师 研究方向为超大规模集成电路设计
通讯地址：沈阳市南塔街114号中国科学院沈阳自动化研究所第三研究室(110016)，E-mail:
yanyongzhi@https://www.sodocs.net/doc/3d5399870.html,
生化实验报告资料
生物化学实验报告 姓名：吴瑞 学号： 3120016004 专业年级： 2012级临床医学（妇幼保健) 组别：第四实验室 生物化学与分子生物学实验教学中心
一、实验室规则 1．实验前应认真预习实验指导，明确实验目的和要求，写出预实验报告。 2．进入实验室必须穿白大衣。严格遵守实验课纪律，不得无故迟到或早退。不得高声说话。严禁拿实验器具开玩笑。实验室内禁止吸烟、用餐。 3．严格按操作规程进行实验。实验过程中自己不能解决或决定的问题，切勿盲目处理，应及时请教指导老师。 4．严格按操作规程使用仪器，凡不熟悉操作方法的仪器不得随意动用，对贵重的精密仪器必须先熟知使用方法，才能开始使用；仪器发生故障，应立即关闭电源并报告老师，不得擅自拆修。 5．取用试剂时必须“随开随盖”，“盖随瓶走”，即用毕立即盖好放回原处，切忌“张冠李戴”，避免污染。 6．爱护公物，节约水、电、试剂，遵守损坏仪器报告、登记、赔偿制度。 7．注意水、电、试剂的使用安全。使用易燃易爆物品时应远离火源。用试管加热时，管口不准对人。严防强酸强碱及有毒物质吸入口内或溅到别人身上。任何时候不得将强酸、强碱、高温、有毒物质抛洒在实验台上。 8．废纸及其它固体废物严禁倒入水槽，应倒到垃圾桶内。废弃液体如为强酸强碱，必须事先用水稀释，方可倒入水槽内，并放水冲走。 9．以实事求是的科学态度如实记录实验结果，仔细分析，做出客观结论。实验失败，须认真查找原因，而不能任意涂改实验结果。实验完毕，认真书写实验报告，按时上交。 10．实验完毕，个人应将试剂、仪器器材摆放整齐，用过的玻璃器皿应刷洗干净归置好，方可离开实验室。值日生则要认真负责整个实验室的清洁和整理，保持实验整洁卫生。离开实验室前检查电源、水源和门窗的安全等，并严格执行值日生登记制度。
生化实验设计1
实验设计：酶偶联反应测定血清中的肌酐 张燕111004048 周方111004052 周跃慧111004053 一、广泛查阅文献、确定候选方法：经过查阅相关文献，根据方法选择的要求对各种方法进行比较，充分了解各方法的科学依据和真实的使用价值，再根据临床应用价值、实验室条件等综合分析后，目前主要的肌酐测定方法有化学测定法(碱性苦味酸法)、酶法、高效液相层析法、拉曼散射法、同位素稀释质谱法、毛细管电泳法及电极法等。 二、候选方法设计： 1、实验原理：肌酐经肌酐水合酶催化生成肌酸，肌酸与肌酸激酶、丙酮酸激酶、乳 酸脱氢酶的级联催化作用下生成乳酸，并将NADH变成NAD+，测量在340nm处 监测NADH吸光度变化速率，其降低程度与肌酐含量呈正比例，反应式如下 P教材198 2、反应最适条件探讨：设计一系列实验分别探讨该候选方法的最适试剂浓 度、缓冲体系的种类、离子强度、pH值、反应温度和时间、检测波长等。 3、候选方法的初步试验：——对候选方法做初步评价试验，包括： ①标准曲线和重复性； ②质控血清和新鲜标本的重复试验； ③分析浓度不同的标本，并与公认的参考方法的结果对比。 三、方法学评价： （一）重复性试验：检测候选方法的随机误差。 批内重复性试验：目的是测定实验方法的偶然误差，但产生偶然误差的原因也可能由于仪器、温度、试剂、标准品缺乏稳定性，吸量、计时、混匀等操作缺乏重现性造成，应排除这些因素才能把试验所产生的误差归于方法学的误差。重复性试验依据时间间隔可分为批内、天内、天间三种重复性试验。方法学评价重复性试验应由实验者作批内(或天内)及天间重复性试验 原理：批内重复性试验是指在相同条件下(用同样的方法，同一种试剂和标准品，同一台仪器，在同一实验室由同一人操作，并保持实验期间准确度不变)对同一标本在尽可能短的时间内进行m轮，每轮n次重复测定，以获得批内精密度数据的试验方法。其结果能反映各次测定结果相互接近的程度，用于客观评价酶偶联反应测定血清中的肌酐随机误差的大小。 操作步骤：将血清标本用酶偶联反应测定血清中的肌酐作5轮，每轮4次血糖测定，即可获得20个测定数据。 计算： 1．按照批内精密度的计算公式计算5轮每轮4次测定值的平均数()、标准差(S)和变异系数(CV%)。
SICOLAB生化实验室建设布局
生化实验室项目新建、改建的设计规划，不单是对于仪器、设备上的选购，还要综合考虑实验室整体规划的合理性。 实验室整体建设规划在电路、供水、通风、气路、废气处理及排污、环保、安全等方面考虑。 介绍实验室基础建设一般常用项目有： (1)实验台柜包括中央实验台、实验台、边台、仪器台、天平台、药品柜、毒品柜、玻璃器皿柜等。 (2)空调通风设施。在新的化验中心，所有的建筑面积均有空调。通风系统包括通风柜(毒气柜)、排风罩(固定式)、活动式排风罩、排气扇等。 (3)用水设施包括化验盆、洗涤池、化验水龙头等。 (4)安全设施包括消防喷水灭火系统，惰性气体灭火系统，安全柜，紧急事故淋洗器、洗眼器等。 (5)供气设施包括供气站、供气板、用气板及其管路系统等。 SICOLAB生化实验室设计布局： 1、实验室内功能区设置分明，实验室内布局合理，操作安全、方便并能避免污染，能够满足工作需要，保证检验结果不受干扰。如理化实验室与理化仪器室靠近，细菌室与其所使用的仪器设备靠近，设置独立的蒸馏水室(避免所制作的蒸馏水受污染)、更衣室、储藏室(补充：储藏室用于存放少量近期不用的非过期药品。要具备防明火、防潮、防高温、防日光直射等功能。储藏室应朝北、干燥、通风良好，门窗应坚固，窗为高窗，门窗有设遮阳板。门应朝外开。)。 2、实验室所有实验台、边台、器皿柜、药品柜、通风柜由专业的实验室规划设计研究所外加工、成套制作、现场安装，符合各种技术指标的要求，更加规范，使用更安全、方便，给人感觉更加整洁、美观。 3、实验室应设立单独的给水、排水系统，避免受到污染或者污染周围环境。实验室的排气尽可能集中后向高空或者向下水道(适当处理后)排放，减少对周围环境的污染。 4、实验室的环境、使用的装修材料应符合环保和实验室的环境要求，确保不影响人体健康和实验结果。SICOLAB生化实验室之光谱分析室设计 主要是根据物质对光具有吸收、散射的物理特征及发射光的物理特性，在分析化学领域建立化学分析。主要的仪器是原子发射光谱仪、原子吸收光谱仪，分光光度计、原子荧光光谱仪、荧光分光光度计、X射线荧光仪、红外光光谱仪、电感耦合等离子体（LCP）光谱仪、拉曼光谱仪等。实验室应尽量远离化学实验室、以防止酸、碱、腐蚀性气体等对仪器的损害，远离辐射源；室内应有防尘、防震、防潮等措施。仪器台与窗、墙之间要有一定距离，便于对仪器的调试和检修。应设计局部排风。使用原子吸收罩排风较为适宜。 以上实验室，根据实际需要可设置样品处理室，一般有洗涤台、实验台、通风柜等设备，同化学实验室类似。 洁净实验室主要是通过人为的手段，应用洁净技术实现控制室内空气中尘埃、含菌浓度、温湿度与压力、以达到所要求的洁净度、温湿度和气流速度等环境参数。空气洁净度是指洁净空气环境中空气含尘量程度，空气洁净度的级别以含尘浓度划分。洁净度是指每升空气中所含粒径≥0.5um的尘粒的总颗粒。我国空气洁净等级标准分为：100级、1000级、10000级、100000级。国际标准则划分为：1级、2级、3级、4级、5级。
生物工程、制药工程生化实验大纲-说明
《生物化学B》实验课教学大纲 课程代码：14114 课程英文名称：Biochemistry B 开课对象：生物工程、制药工程，本科（四年制） 学时：25/85 一、课程性质、任务和作用 生物化学是研究微生物、植物、动物及人体内化学分子与化学反应的科学，是运用化学的原理在分子水平上解释生命现象的科学。近年来，生物化学与其衍生出的分子生物学的发展突飞猛进，生物化学已越来越成为生物学的共同语言，成为生物学领域的前沿学科。 生物化学不仅是生物学的基础学科，而且也是一门重要的实验性学科，生物化学理论是在科学研究实验基础上高度总结的结论性观点。因此，要掌握生物化学知识，必需要进行生物化学实践。目前生化实验的基础理论与技术手段已广泛地应用于生物学研究的各个领域，生物化学实验技术成为生物学研究的基本技术。 开展生物化学实践课程的教学，可以让生物工程、制药工程专业学生在生化课堂之外亲自动手做实验，以应证并深入了解生化反应的原理，熟悉各种生化研究方法与技术，以培养独立进行研究的能力。最终使学生巩固和加深对生物化学基础理论的理解，掌握生物化学基本技术的操作，培养基本的科研思维和实验数据的整理和分析，为其后续专业课程如酶工程、生化工程、基因工程、生化制药等的学习，以及将来生物工程、制药工程的科学研究打下扎实的基础。即通过本课程的实验教学要达到以下三方面的目的： 1. 培养学生严谨的科学态度，开拓创新的思维能力，实验设计的思维方法，以及规X的书写实验报告论文等知识，提高分析问题和解决问题的能力。 2. 掌握基本的生物化学实验方法和技术，通过本课程的严格训练，为学生进一步学习，掌握复杂的综合性的生物化学技术打下扎实的基础。 3. 通过实验，进一步加深对生物化学理论知识的理解。 二、教学目的要求和内容 实验一、肝组织中核酸的分离提取与鉴定 [教学目的] 1．掌握从动物组织中提取核酸的原理、操作技术及核酸组分的鉴定方法。 2. 熟悉离心计的操作使用。 3. 了解核酸的组成。 [教学内容] 1．肝组织中核酸的提取。 2．核酸的水解。 3．核糖、脱氧核糖、嘌呤、磷酸的定性鉴定。 主要仪器 离心机 学时：4
生物工程、制药工程生化实验大纲_说明
生物化学 B 》实验课教学大纲 课程代码：14114 课程英文名称：Biochemistry B 开课对象：生物工程、制药工程，本科（四年制） 学时：25/85 一、课程性质、任务和作用 生物化学是研究微生物、植物、动物及人体化学分子与化学反应的科学，是运用化学的原理在分子水平上解释生命现象的科学。近年来，生物化学与其衍生出的分子生物学的发展突飞猛进，生物化学已越来越成为生物学的共同语言，成为生物学领域的前沿学科。 生物化学不仅是生物学的基础学科，而且也是一门重要的实验性学科，生物化学理论是在科学研究实验基础上高度总结的结论性观点。因此，要掌握生物化学知识，必需要进行生物化学实践。目前生化实验的基础理论与技术手段已广泛地应用于生物学研究的各个领域，生物化学实验技术成为生物学研究的基本技术。 开展生物化学实践课程的教学，可以让生物工程、制药工程专业学生在生化课堂之外亲自动手做实验，以应证并深入了解生化反应的原理，熟悉各种生化研究方法与技术，以培养独立进行研究的能力。最终使学生巩固和加深对生物化学基础理论的理解，掌握生物化学基本技术的操作，培养基本的科研思维和实验数据的整理和分析，为其后续专业课程如酶工程、生化工程、基因工程、生化制药等的学习，以及将来生物工程、制药工程的科学研究打下扎实的基础。即通过本课程的实验教学要达到以下三方面的目的： 1. 培养学生严谨的科学态度，开拓创新的思维能力，实验设计的思维方法，以及规的书写实验报告论文等知识，提高分析问题和解决问题的能力。 2. 掌握基本的生物化学实验方法和技术，通过本课程的严格训练，为学生进一步学习，掌握复杂的综合性的生物化学技术打下扎实的基础。 3. 通过实验，进一步加深对生物化学理论知识的理解。 二、教学目的要求和容 实验一、肝组织中核酸的分离提取与鉴定 [ 教学目的] 1．掌握从动物组织中提取核酸的原理、操作技术及核酸组分的鉴定方法 2. 熟悉离心计的操作使用。 3. 了解核酸的组成。 [ 教学容] 1 ．肝组织中核酸的提取。 2．核酸的水解。 3．核糖、脱氧核糖、嘌呤、磷酸的定性鉴定。 主要仪器 离心机
生化实验报告模板
医检实验报告的写法 ● 手写：实验项目名称（居中） ● 名称下贴本次实验项目的使用说明书（只贴说明书的页眉部分，翻起后下面可以继续写字） ● 将打印的结果贴在使用说明书标题空白处 ● 翻起说明书，在下面空白处写质控图表头，内容格式如此下： ● 表头下贴质控图 质控图分组与绘制: 例： 某班共有53人，按学号顺序进行编号（1-53号），编好后每个同学的编号就固定不变了。因为质控图纸大小限制，一般会把一个班分为3组，假设分第一组18个人，第二组18个人，第三组17个人，那么绘制质控图时第一组的分析批序号就是1-18，第二组分析批序号19-36，第三组分析批序号37-53，如下图 ● 质控图全贴，在图下写质控分析（只写违反了质控规则的分析批；如果全部都没有违反质控规则，就写：所有 分析批均在控，当日报告均可以发出。）质控分析最后加上自己分析批的质控情况，写法：本人负责第XX 分析批，在控，当日报告可以发出。（如果失控，则按前面质控分析的格式写） ● 1.变异指数得分（VIS 例： 已知T=X ?=29.74g/L ，根据V =|(X ?T)|/T ×VI=V/CCV×∵VI ＞400，∴2.总误差（TE ） 例： 已知CV=16.98%，根据 B =X?X ?X ?×100% TE=|B |由国家卫生部发布的《临床生物化学检验常规项目分析质量指标》可知，清蛋白的CV=2.5%，B=2%，TE=6%，故
本次测定结果不管是不正确度还是不精密度，均远高于行业标准，误差太大，不具有可接受的可比性。 3.能力比对（PT） 例： 根据国家标准委员会发布的《临床实验室室间质量评价要求》，清蛋白可接受范围为靶值±10%，已知靶值为29.74g/L，故清蛋白可接受范围为29.74±10% g/L，即26.77-32.71 g/L，全班共55次测定，在此范围的测定有35次。根据：PT=可接受结果数/总测定样本数×100% PT=35/55×100%=64% PT＜80%，故本次室间质评本项目为不合格。 以后但凡没有按照此格式写实验报告的，等级均为最低等，且需要按此格式重新抄录一遍。
生化实验技术实验设计
实验设计 题目：高效液相色谱-质谱联用技术测定大米中农药的残留 课程：生物学实验技术概述 专业：生物化学与分子生物学 学号：2015116105 姓名：杨洁舒 高效液相色谱-质谱联用技术测定大米中农药的残留 一、方案必要性与可行性分析 我国是水稻种植大国，大米是我国人民的主食，占口粮消费的63％以上。大米除被制成米饭直接食用外，还被加工成米粉、甜点及酒精饮料等。我国大米人均年消费量在140kg以上。水稻生产中为了保证水稻的高产，往往不可避免地需要使用各种农药。据报道，在农药的使用过程中，真正起作用的仅占喷施量的0.1%，其余99.9%的农药都分散于环境中，中国每年受农药污染的农田面积达到6.67×106hm2。因此，在大米的进出口中，世界各主要农业大国都对大米的农药残留制定了严格的限量标准。研究大米中农药残留的检测方法，既是保障人类健康的需要，又是促进进出口贸易的需要。为了保证水稻的产量，种植者施用大量的化学农药，不仅造成环境污染，而且直接影响大米的食用安全，威胁人们的健康。 鉴于上述原因，世界各国严格规定了包括大米在内的食品中农药最大残留限（MRLs）和每日最大摄入量。目前大部分实验室监测食品中农药残留的方法是采用经典的气相色谱法，选择性检测器包括电子捕获检测器（ECD）、氮磷检测器（NPD）和火焰光度检测器（FPD），然而这些检测器限制了农药残留的检测范围。其原因是萃取共存物的干扰存在假阳性和不准确性，用单一方法检测呈阳性后，还必须做确证试验。此外，经典的预处理方法操作复杂，耗时且溶剂消耗量大，因此，有必要研究新的样品预处理及检测方法。 随着联用技术的日趋完善,高效液相色谱-质谱联用技术（HPLC-MS）逐渐成为最热门的分析手段之一。特别是在分子水平上可以进行蛋白质、多肤、核酸的分子量确认,氨基酸和碱基对的序列测定及翻译后的修饰工作等,这在HPLC-MS联用之前都是难以实现的。HPLC一MS 作为已经比较成熟的技术,目前国内外己在生化分析、天然产物分析、药物和保健食品分析以及环境污染物分析等许多领域得到了广泛的应用。HPLC-MS技术除了可以分析气相色谱-质谱（GS-MS）所不能分析的强极性、难挥发、热不稳定性的化合物之外，还具有以下几个优点：(、分析范围广，MS几乎可以检测到所有化合物，比较容易的解决了分析热不稳定化合物的难题；(、分析能力强，即使被分析混合物在色谱上没有完全分离，但通过MS的特征离子质量色谱图也能也能分别给出它们各自的色谱图来进行定性定量；(、定性分析结果可靠，可以同时给出每一个组分的分子量和丰富的结构信息；④、检测限低，MS具备高度灵敏，通过选择离子（SIM）检测方式，其检测能力还可以提高一个数量级以上；⑤、分析时间快，HPLC-MS使用的液相色谱株为窄径株，缩短了分析时间，提高了分离效果；⑥、自动化程度高，HPLC-MS具有高度的自动化。 二、技术路线 三、方法和步骤 1.材料与方法 1.1仪器和试剂 安捷伦AgilentTechnologies1200SLSeries液相色谱串联G6410A质谱仪，同时配置G1948B电喷雾离子ESI源。甲醇、乙腈等均为色谱纯，购自德国Merck公司。甲酸为色谱纯，购自美
广东省生物化学设计实验大赛获奖课题———大集合
（三）第四届获奖项目（2010 年） 序号题目 一等奖 1 鱼鳞纯化虾青素及虾青素抗氧活化性测定（最佳设计奖） 2 葛花中两种解酒成分的提取及其解酒机制分析 3 地沟油与安全食用油的摩尔法氯离子含量鉴别及方法评价 4 纤维素酶与木聚糖酶的协同效应 37 5 固定酶法清除大豆制品中胰蛋白酶抑制剂以提高其营养价值（最佳设计 奖） 6 鲜榨果汁(橙汁)掺假成分初探 7 探究油菜籽中原花青素提取的最佳条件及对自由基的清除效果 二等奖 8 酒精性肝损伤生化诊断新指标——乙醇脱氢酶同工酶电泳的专一性鉴定 9 广州各大超市市售番木瓜转基因成分检测 10 天然植物紫甘蓝中色素提取及其功能应用初步探究 11 探究新型复合保鲜剂对香蕉成熟的影响 12 不同pH 下豆腐中钙和菠菜中草酸的拮抗作用 13 利用废弃的虾、蟹外壳制备新型环保的改良保鲜膜
14 微生物絮凝剂EBU-1 处理废水的实验研究 15 不同养殖模式对草鱼肝胰脏中脂肪含量影响的研究 16 化妆品与黄瓜超氧化物歧化酶提取及活性比较 17 番茄红素对N-二甲基亚硝胺生成阻断作用的探究 18 纺织品中甲醛含量的测定 19 加碘食盐在烹饪过程中碘损失的测定 三等奖 20 美洲大蠊活性多肽的提取方法研究和初步鉴定 21 海藻酸钠的提取及在果蔬保鲜与工业污水处理中的应用探究 22 尖顶羊肚菌胞外多糖抗氧化实验研究 23 香蕉皮多糖的提取及其抗衰老作用的探究 24 提取橙皮苷及合成橙皮苷锌配合物并比较二者清除自由基的能力 25 虾壳中提取复合氨基酸及复合氨基酸锌的制备 26 一片清心在玉竹——玉竹多糖的提取和抗氧化性研究 27 微波法提取南美蟛蜞菊叶的黄酮类物质及影响因素分析 28 葡萄皮中花色苷的提取及稳定性研究 29 植物木槿叶中令头发柔顺成分及除油污作用的探究 30 红葡萄酒中二氧化硫残留量测定方法的改进及二氧化硫去除方法探究 31 乙酰胆碱酯酶法检测蔬果农药残留探究 32 韶关产山楂肉中总黄酮的微波提取及含量的测定
生化实验报告
生物化学实验报告 姓名: 吴瑞 学号: 3120016004 专业年级: 2012级临床医学(妇幼保健) 组别: 第四实验室 生物化学与分子生物学实验教学中心 一、实验室规则 1.实验前应认真预习实验指导,明确实验目的与要求,写出预实验报告。 2.进入实验室必须穿白大衣。严格遵守实验课纪律,不得无故迟到或早退。不得高声说话。严禁拿实验器具开玩笑。实验室内禁止吸烟、用餐。 3.严格按操作规程进行实验。实验过程中自己不能解决或决定的问题,切勿盲目处理,应及时请教指导老师。 4.严格按操作规程使用仪器,凡不熟悉操作方法的仪器不得随意动用,对贵重的精密仪器必须先熟知使用方法,才能开始使用;仪器发生故障,应立即关闭电源并报告老师,不得擅自拆修。 5.取用试剂时必须“随开随盖”,“盖随瓶走”,即用毕立即盖好放回原处,切忌“张冠李戴”,避免污染。 6.爱护公物,节约水、电、试剂,遵守损坏仪器报告、登记、赔偿制度。 7.注意水、电、试剂的使用安全。使用易燃易爆物品时应远离火源。用试管加热时,管口不准对人。严防强酸强碱及有毒物质吸入口内或溅到别人身上。任何时候不得将强酸、强碱、高温、有毒物质抛洒在实验台上。
8.废纸及其它固体废物严禁倒入水槽,应倒到垃圾桶内。废弃液体如为强酸强碱,必须事先用水稀释,方可倒入水槽内,并放水冲走。 9.以实事求就是的科学态度如实记录实验结果,仔细分析,做出客观结论。实验失败,须认真查找原因,而不能任意涂改实验结果。实验完毕,认真书写实验报告,按时上交。 10.实验完毕,个人应将试剂、仪器器材摆放整齐,用过的玻璃器皿应刷洗干净归置好,方可离开实验室。值日生则要认真负责整个实验室的清洁与整理,保持实验整洁卫生。离开实验室前检查电源、水源与门窗的安全等,并严格执行值日生登记制度。