基于FPGA的激光筆輔助教學(xué)系統設計與實(shí)現
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2 系統硬件設計與實(shí)現
2．1 無(wú)線(xiàn)發(fā)射激先筆設計
無(wú)線(xiàn)發(fā)射激光筆可以產(chǎn)生穩定可靠的激光光點(diǎn)，另外有5個(gè)功能按鍵分別發(fā)射不同的控制信息。根據設計要求，將激光頭分為按鍵編碼模塊和無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊。設計框圖如圖3所示。在此，采用了PT2262／PT2272編解碼芯片，其中PT2262為編碼芯片；PT2272為解碼芯片?；赑T2262的工作方式，設計了6按鍵的編碼電路方案，如圖4所示。K0～K5為6個(gè)按鍵，分別對應數據位D0～D5。當所有按鍵都斷開(kāi)時(shí)，晶體管Q1截止，電路中沒(méi)有電流，芯片不工作。當6個(gè)按鍵中任意一個(gè)被按下時(shí)，R1和按鍵的下拉電阻分壓使得Q1的基極電壓下降，Q1導通，PT2262芯片開(kāi)始工作，指示燈D1工作。此時(shí)，除了閉合的按鍵所對應的數據位為邏輯高電平之外，其他位為低電平。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/191271.htm
無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊的功能是將按鍵信息編碼調制到高頻載波上并發(fā)送。載波頻率為315 MHz，調制方式為幅度調制。發(fā)射后的信號可由系統的無(wú)線(xiàn)接收模塊進(jìn)行接收并解碼。
2．2 無(wú)線(xiàn)接收模塊
無(wú)線(xiàn)接收模塊用以接收激光筆發(fā)射端的控制信號，它主要包括接收解調和信號解碼兩個(gè)部分。為了達到較高靈敏度的目的，選擇超再生接收作為接收端的接收解調方案，其電路原理如圖5所示。信號通過(guò)天線(xiàn)接收，首先經(jīng)過(guò)L2和C23濾出315 MHz附近的頻段信號。Q1為第一極放大，放大特性通過(guò)R18和R17施加偏置電壓控制；Q2為超再生混頻管，其本身通過(guò)C15，C16和L1構成的選頻網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生315 MHz附近的本征振蕩，然后與前級放大后的信號進(jìn)行混頻。如果本征頻率與315 MHz足夠接近，混頻后將產(chǎn)生低頻分量，該分量即為調制到載波上的編碼信號。
解碼芯片采用PT2272，與PT2262配套使用。PT2272有多種型號，后綴可以為L(cháng)4，M4，L6，M6等，后綴中的L表示鎖存數據輸出，M表示瞬態(tài)輸出。這采用PT2272-M6，解碼后的控制信號經(jīng)FPGA處理后輸出。
2．3 FPGA采集處理及數據傳輸
在系統的總體設計上，采用Altera公司的EP2C8Q208C8 FPGA芯片作為系統的主控芯片，配合OMNIVISION公司的OV9650數字CMOS圖像傳感器和ISSI公司的IS42S16160B片外SDRAM存儲芯片來(lái)構建攝像頭激光點(diǎn)采集處理系統，采集到的圖像可由VGA模塊顯示。激光點(diǎn)可利用其較高的亮度信息與背景色進(jìn)行分辨區分，計算出的激光點(diǎn)坐標以及無(wú)線(xiàn)接收的控制信息以串口數據的方式發(fā)送，經(jīng)片外CP2102串口轉USB模塊，可使數據通過(guò)USB口發(fā)送到授課主機。該系統的總體結構方框圖如圖6所示。
FPGA模塊是該系統的核心模塊，它將數據采集、圖像處理、圖像存儲控制、圖像顯示控制、坐標計算及串口傳輸控制等功能集成到一片芯片上。該系統采用Altera公司的EP2C8Q208C8 FPGA芯片，它擁有5 256個(gè)邏輯單元(LE)、36個(gè)M4K、2個(gè)PLL和18個(gè)嵌入式乘法器，還擁有最多138個(gè)通用I／O口，它能提供足夠多的擴展口，以滿(mǎn)足系統的所有要求。另外，OV9650攝像頭基于CMOS圖像傳感器技術(shù)，最大輸出圖像分辨率為SxGA(1 280×1 024)。OV9650支持多種圖像格式，包括10位或者8位的原始RGB，RGB565，RGB555，GBR[4：2：2]，YUV等多種格式，且具備自動(dòng)圖像控制功能，包括自動(dòng)曝光控制AEC、自動(dòng)增益控制AGC、自動(dòng)白平衡AWB以及自動(dòng)濾波ABF等。以上各個(gè)參數都可以通過(guò)芯片的SCCB接口進(jìn)行設置。SCCB是OMNWISION公司定義的串行相機控制總線(xiàn)，主要用于對該公司研發(fā)的系列圖像芯片寄存器進(jìn)行設置。OV9650有多個(gè)寄存器，這些寄存器主要用于對圖像格式和圖像質(zhì)量的控制，用戶(hù)可以通過(guò)SCCB總線(xiàn)對這些寄存器進(jìn)行讀／寫(xiě)操作。
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