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毕业论文-便携式脑机接口视觉刺激器设计，共102页，41501字，附外文翻译
中文摘要
基于视觉刺激的脑机接口技术研究较为广泛，通常用于实验的图形刺激器基
本采用 PC 机来编写，需要使用 MATLAB 或者 C 语言编程，比较复杂。设计一
套简单易用且支持便携式工作的系统，对于这个领域的研究及推广具有一定的价
值。
本文介绍了一个基于 FPGA 的系统，可用于几乎所有类型基于视觉刺激的脑
机接口实验，且具备便携式工作模式，用户上手度高。该系统的功能包括视觉刺
激、脑电波形显示及存储等。同时，本文给出了详细的系统设计方法。最后，列
举了系统性能测试的结果。通过实验证明了，这套系统可以方便的实现离线的基
于视觉刺激的脑机接口实验，以及在其他设备辅助下完成在线的脑机接口实验。
同时，这套系统还可以单纯用作具备监视功能的脑电信号采集装置。
关键词：脑机接口；视觉刺激器；FPGA

目录
第 1 章 引 言 ..1
1.1 背景介绍 .1
1.1.1 何谓脑机接口 .........1
1.1.2 基于视觉诱发电位（ VEP）的 BCI 系统 ........2
1.2 研究现状 .3
1.2.1 视觉刺激器的分类 ..3
1.2.2 目前用于基于 VEP 的 BCI 实验的刺激器 ......3
1.3 问题提出 .4
1.4 系统主芯片选择 5
1.5 论文主要内容 ....5
第 2 章 系统设计 ......6
2.1 系统设计思路 ....6
2.2 系统功能框图 ....7
2.3 系统设计介绍 ....7
2.4 系统设计指标 ....9
2.5 本系统与传统解决方案对比 .9
2.6 本章小结 .........10
第 3 章 系统实现方法 .......11
3.1 FPGA 系统硬件构建 ...11
3.1.1 FPGA 系统开发方法的选择 .......11
3.1.2 NIOSII 系统设计 ....12
3.1.3 SOPC builder 中系统框图 13
3.2 VGA 控制器设计 ........14
3.2.1 VGA 接口及时序介绍 ......14
3.2.2 VGA 控制器设计思路 ......15
3.2.3 VGA 控制器流程图 .........15
3.3 按键接口设计 ..16
3.3.1 按键消抖 .....16
3.3.2 SOPC builder 中自定义外部中断 .........17
3.3.3 按键接口设计流程图 ......18
3.4 NIOSII 软核 C 语言程序编写 .........19
3.4.1 C 语言程序流程图 .19
3.4.2 CH376 芯片控制 ....20
3.4.3 ADS1258 芯片控制 23
3.4.4 串行通信接口控制 24
3.4.5 文本显示的设计 ...25
3.4.6 脑电波形显示设计 26
3.5 本章小结 .........26
第 4 章 系统测试及运行效果 ......27
4.1 技术指标量测及分析 .27
4.1.1 功耗 ..27
4.1.2 屏幕刷新率 .28
4.1.3 AD 采样率 ...28
4.1.4 系统载入图片时间 33
4.1.5 U 盘存储数据性能测试 ...33
4.1.6 VGA 波形显示测试 .........41
4.1.7 串口接收文本测试 43
4.2 系统运行效果展示 ....46
4.2.1 模式 1 .........46
4.2.2 模式 2 .........48
4.2.3 模式 3 .........50
4.3 简单的 SSVEP 实验 ...50
4.3.1 SSVEP 实验序列设计及结果——单一刺激频率 .....51
4.3.2 SSVEP 实验序列设计及结果——三个刺激频率 .....52
4.4 本章小结 .........58
第 5 章 总 结 59
5.1 全文总结 .........59
5.2 本系统应用领域 ........59
5.3 本系统的创新性 ........60
5.4 对未来该领域的设想 .60
5.5 问题和改进 ......60
插图索引 .........62
表格索引 .........65
参考文献 .........66
致 谢 .....67
声 明 .....68
附录 A 书面翻译 ........69