基于FPGA设计的医学监测用视力测试仪设计

 项目简介

实现用FPGA随机生成不同方向的E， 通过VGA接口在显示器上显示，判断测试者按的按键方向是否正确，通过几轮测试计算并显示最终视力测试结果的功能。

所用器件

硬件说明

下图展示了整个视力测试仪的系统框架。通过开关选择有线和蓝牙两种模式。手动模式是通过板卡上的按键进行输入；蓝牙模式是通过手机蓝牙进行传输测试者选择的方向和确认信息。随机数模块产生每轮测试“E”的方向。通过控制模块与用户输入进行比对，产生结果，输出到VGA显示器上。同时在数码管上显示当前测试状态。

自动视力测试仪的系统框架

硬件连接

视力测试仪的硬件连接图

按照所示进行硬件连接：

1）通过USB 下载线将计算机与Basys3上的microUSB 编程端口连接，将电源选择跳线（JP2，Basys3电源开关左边的跳线）设置为USB 供电模式。如果需要通过外部电源供电，则跳线JP2设置为EXT模式；

2）通过VGA与显示器连接；

3）将蓝牙模块插入JA上排，确保蓝牙模块的TX端口对应与JA4端口，即最靠近GND引脚的端口。

系统控制

Basys3板卡上的拨码开关SW0用于设置有线或者蓝牙模式，SW0置0，则表示有线模式，通过板卡上的按键进行输入。SW0置1，则表示蓝牙模式，通过蓝牙助手app的按键进行输入。

Basys3板卡上的五个按键分别表示上下左右的方向选择，中间按键表示确认选择。只有当确认键按下，才进行测试结果比对。

由于板卡上按键资源全部使用了，所以利用拨码开关SW15临时代替为启动按键和重设按键。

蓝牙app设置1

蓝牙app设置2

使用蓝牙串口调试软件时，连接上蓝牙后，选择键盘模式，

程序下载及固化

下载查看vivado项目代码

附件提供了已经生成的bit文件和bin文件可供直接下载或者固化到FPGA上。

1）如果不需要固化，则可以直接下载bit文件。具体步骤如下：

图1：下载bit文件选项

打开hardware manager连接上Basys3，选择绿色提示框中的Program device或者右击芯片型号，选择Program Device（如图1所示）。

图2：下载bit文件到FPGA中

选择相应的bit文件，点击Program完成下载（如图2）。

2）如果需要固化到FPGA中，则需要按照下面的步骤。

图3：添加配置存储器选项

打开hardware manager连接Basys3，在Hardware窗口里右击芯片型号，选择Add Configuration Memory Device，（如上图3所示）。

图4：添加配置存储器

Basys3中内嵌的flash memory型号是s25f1032p，搜索找到之后点击OK完成添加（如图4所示）。

图5：将bin文件固化到配置存储器中

然后将生成的BIN文件写入闪存内（如图５所示）。

功能实现说明：

1、随机生成不同方向视力测试的符号“E”，并在显示器上显示。四个方向的概率应相同。

2、拨动Basys3板上的SW15开关开始测试。测试者通过Basys3板上的四个方向按键选择看到的字符方向，然后按下中间按键表示确认。若三次判断正确两次及以上，则字号变小，进行下一轮测试；否则测试结束，通过VGA在屏幕上提示测试结束，并显示视力测试结果（完全按照标准视力对照表设计）。

3、测试过程中，数码管显示测试的等级、每轮已完成的次数，以提醒测试者测试进程。

4、完成一组测试后，测试者可拨动Basys3板上的SW15开关重设，进行另一只眼睛的视力测试。

5、附加功能：完成蓝牙控制模式，提高测试等级。通过开关SW0切换有线和蓝牙两种模式。通过安卓蓝牙串口调试助手，实现方向按键和确认按键的远程控制。

实验说明：

1、中间按键的功能定义为确认键；

2、根据标准视力对照表4.0-1M14.51mm，4.0-5M 72.7mm（视力等级-测试距离字体大小），设计两种模式，有线模式：距离为1M进行视力测试，蓝牙模式则距离5M进行视力测试。由于显示分辨率的限制，在有线模式下，测试等级范围为3.9—4.0，蓝牙模式下，测试等级范围为3.9—4.9。

3、测试等级从3.9开始，根据实际视力检测情况，在等级3.9时，仅测试1次，在等级为4.0时，测试2次。之后，由于符号“E”越来越小，测试者有三次机会，只能答错一次。若前两次都正确，则直接转到下一等级