基于FPGA脑机接口实时系统

基于FPGA脑机接口实时系统

1 系统设计

1.1 脑电采集电路的设计

1.2 基于FPGA的VGA视觉刺激器的设计

本文的方案是基于FPGA的VGA视觉刺激器，采用VGA显示器作为视觉刺激器，通过VHDL编程的方式产生图形刺激信号。FPGA是一种半定制电路，具有很强的在线修改能力，可以随时修改设计而不必改动硬件电路。因此，通过编程可以灵活地产生不同的刺激模式，修改和升级十分方便。按照VGA显示器逐行扫描的工作原理和VGA工业标准[5]，在FPGA中设计了VGA控制器，包括分频模块、扫描时序产生模块、图像描述模块、刺激频率控制模块和光标控制模块，其框图如图2所示。

扫描时序产生模块提供VGA行扫描和场扫描的时序。对像素输出频率计数分频，产生行扫描频率，其频率为31.469 kHz。然后，对行扫描频率计数分频，得到场扫描频率,其场频为59.94 Hz。

图像描述模块描述需要产生的刺激图形,包括位于屏幕上下左右4个方向的4个方块和0、1、2、3数字。4个方块是实现多项目标选择的刺激目标，光标用来反馈选择的结果。通过行坐标和场坐标来描述方块和数字的位置及大小。在方块上标注数字，以区别不同的方块。图形的改变或运动可引起有效的诱发电位，因此，方块的颜色是黑色和白色交替变化的。为了使方块更显著，底色采用深石板灰色。

刺激频率控制模块设计了刺激的模式。采用同频次复合刺激方式，即在单位时间内各个视觉刺激模块闪烁的次数相同，但各个刺激模块闪烁的时刻相互错开。通过计数器分频产生模块闪烁的时钟。闪烁时刻的错开用相位延时实现,用系统时钟产生一个计数器，根据计数器的计数控制延时，达到精确定时的要求。当闪烁的时钟信号为低电平时，方块为黑色;为高电平时，方块为白色。在刺激模块黑变白的同时，发出触发信号。

光标控制模块描述光标的图形，控制光标的移动。通过改变光标的坐标和分频来控制光标移动的方向和速度。光标的颜色为红色。

基于FPGA的VGA视觉刺激器充分利用了FPGA半定制电路的特点，采用同步时序设计方式，不但性能稳定，而且能根据需要灵活地设计不同的视觉刺激器。它实现方便，功能强大，兼具用硬件或软件方式实现视觉刺激器的优点。

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