基于FPGA設(shè)計(jì)的醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)用視力測(cè)試儀設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)用FPGA隨機(jī)生成不同方向的E， 通過(guò)VGA接口在顯示器上顯示，判斷測(cè)試者按的按鍵方向是否正確，通過(guò)幾輪測(cè)試計(jì)算并顯示最終視力測(cè)試結(jié)果的功能。

下圖展示了整個(gè)視力測(cè)試儀的系統(tǒng)框架。通過(guò)開(kāi)關(guān)選擇有線和藍(lán)牙兩種模式。手動(dòng)模式是通過(guò)板卡上的按鍵進(jìn)行輸入；藍(lán)牙模式是通過(guò)手機(jī)藍(lán)牙進(jìn)行傳輸測(cè)試者選擇的方向和確認(rèn)信息。隨機(jī)數(shù)模塊產(chǎn)生每輪測(cè)試“E”的方向。通過(guò)控制模塊與用戶輸入進(jìn)行比對(duì)，產(chǎn)生結(jié)果，輸出到VGA顯示器上。同時(shí)在數(shù)碼管上顯示當(dāng)前測(cè)試狀態(tài)。

自動(dòng)視力測(cè)試儀的系統(tǒng)框架

視力測(cè)試儀的硬件連接圖

按照所示進(jìn)行硬件連接：

1）通過(guò)USB 下載線將計(jì)算機(jī)與Basys3上的microUSB 編程端口連接，將電源選擇跳線（JP2，Basys3電源開(kāi)關(guān)左邊的跳線）設(shè)置為USB 供電模式。如果需要通過(guò)外部電源供電，則跳線JP2設(shè)置為EXT模式；

2）通過(guò)VGA與顯示器連接；

3）將藍(lán)牙模塊插入JA上排，確保藍(lán)牙模塊的TX端口對(duì)應(yīng)與JA4端口，即最靠近GND引腳的端口。

Basys3板卡上的撥碼開(kāi)關(guān)SW0用于設(shè)置有線或者藍(lán)牙模式，SW0置0，則表示有線模式，通過(guò)板卡上的按鍵進(jìn)行輸入。SW0置1，則表示藍(lán)牙模式，通過(guò)藍(lán)牙助手app的按鍵進(jìn)行輸入。

Basys3板卡上的五個(gè)按鍵分別表示上下左右的方向選擇，中間按鍵表示確認(rèn)選擇。只有當(dāng)確認(rèn)鍵按下，才進(jìn)行測(cè)試結(jié)果比對(duì)。

由于板卡上按鍵資源全部使用了，所以利用撥碼開(kāi)關(guān)SW15臨時(shí)代替為啟動(dòng)按鍵和重設(shè)按鍵。

藍(lán)牙app設(shè)置1

藍(lán)牙app設(shè)置2

使用藍(lán)牙串口調(diào)試軟件時(shí)，連接上藍(lán)牙后，選擇鍵盤模式，

下載查看vivado項(xiàng)目代碼

附件提供了已經(jīng)生成的bit文件和bin文件可供直接下載或者固化到FPGA上。

1）如果不需要固化，則可以直接下載bit文件。具體步驟如下：

圖1：下載bit文件選項(xiàng)

打開(kāi)hardware manager連接上Basys3，選擇綠色提示框中的Program device或者右擊芯片型號(hào)，選擇Program Device（如圖1所示）。

圖2：下載bit文件到FPGA中

選擇相應(yīng)的bit文件，點(diǎn)擊Program完成下載（如圖2）。

2）如果需要固化到FPGA中，則需要按照下面的步驟。

圖3：添加配置存儲(chǔ)器選項(xiàng)

打開(kāi)hardware manager連接Basys3，在Hardware窗口里右擊芯片型號(hào)，選擇Add ConfiguraTIon Memory Device，（如上圖3所示）。

圖4：添加配置存儲(chǔ)器

Basys3中內(nèi)嵌的flash memory型號(hào)是s25f1032p，搜索找到之后點(diǎn)擊OK完成添加（如圖4所示）。

圖5：將bin文件固化到配置存儲(chǔ)器中

然后將生成的BIN文件寫入閃存內(nèi)（如圖５所示）。

功能實(shí)現(xiàn)說(shuō)明：

1、隨機(jī)生成不同方向視力測(cè)試的符號(hào)“E”，并在顯示器上顯示。四個(gè)方向的概率應(yīng)相同。

2、撥動(dòng)Basys3板上的SW15開(kāi)關(guān)開(kāi)始測(cè)試。測(cè)試者通過(guò)Basys3板上的四個(gè)方向按鍵選擇看到的字符方向，然后按下中間按鍵表示確認(rèn)。若三次判斷正確兩次及以上，則字號(hào)變小，進(jìn)行下一輪測(cè)試；否則測(cè)試結(jié)束，通過(guò)VGA在屏幕上提示測(cè)試結(jié)束，并顯示視力測(cè)試結(jié)果（完全按照標(biāo)準(zhǔn)視力對(duì)照表設(shè)計(jì)）。

3、測(cè)試過(guò)程中，數(shù)碼管顯示測(cè)試的等級(jí)、每輪已完成的次數(shù)，以提醒測(cè)試者測(cè)試進(jìn)程。

4、完成一組測(cè)試后，測(cè)試者可撥動(dòng)Basys3板上的SW15開(kāi)關(guān)重設(shè)，進(jìn)行另一只眼睛的視力測(cè)試。

5、附加功能：完成藍(lán)牙控制模式，提高測(cè)試等級(jí)。通過(guò)開(kāi)關(guān)SW0切換有線和藍(lán)牙兩種模式。通過(guò)安卓藍(lán)牙串口調(diào)試助手，實(shí)現(xiàn)方向按鍵和確認(rèn)按鍵的遠(yuǎn)程控制。

實(shí)驗(yàn)說(shuō)明：

1、中間按鍵的功能定義為確認(rèn)鍵；

2、根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)視力對(duì)照表4.0-1M14.51mm，4.0-5M 72.7mm（視力等級(jí)-測(cè)試距離字體大小），設(shè)計(jì)兩種模式，有線模式：距離為1M進(jìn)行視力測(cè)試，藍(lán)牙模式則距離5M進(jìn)行視力測(cè)試。由于顯示分辨率的限制，在有線模式下，測(cè)試等級(jí)范圍為3.9—4.0，藍(lán)牙模式下，測(cè)試等級(jí)范圍為3.9—4.9。

3、測(cè)試等級(jí)從3.9開(kāi)始，根據(jù)實(shí)際視力檢測(cè)情況，在等級(jí)3.9時(shí)，僅測(cè)試1次，在等級(jí)為4.0時(shí)，測(cè)試2次。之后，由于符號(hào)“E”越來(lái)越小，測(cè)試者有三次機(jī)會(huì)，只能答錯(cuò)一次。若前兩次都正確，則直接轉(zhuǎn)到下一等級(jí)