基于FPGA的多光谱眼底成像仪硬件系统设计

摘要

随着光电技术的发展和医疗设备的进步，新技术不断被应用到实际的手术当中。在视网膜成像领域，实现了从最早的检眼镜到更为便捷的眼底相机技术的变革。但传统的眼底相机因为功能简单导致其使用具有很大局限性，对很多眼科疾病的筛查都不能提供准确的信息。多光谱眼底分层相机的优点在于能够对眼底不同深度的组织图像进行获取，而很多疾病像早产儿视网膜病变、糖尿病并发症等引起的视网膜突变会出现在眼底不同深度的组织，因此获得多光谱眼底分层图像能更早的发现病情并提供医疗依据，避免错过最佳医治时间。　　论文重点研究了全自动多光谱眼底分层相机的电路控制系统，其中包括发光二极管光源（LED）控制模块和高清多媒体接口（HDMI）转低压差分信号接口（LVDS）信号转接模块。LED 时序控制模块包括现场可编程门阵列（FPGA）电路正常运转所需的外围电路、计算机与FPGA进行通信的接口电路、FPGA的I/O口电路、电平转换电路、FPGA 信号增强电路和大功率的 LED 驱动电路。HDMI转 LVDS 信号转接模块主要包括其中包括 HDMI 接口电路、HDMI 接收电路及LVDS接口电路。文中详细介绍了各个功能电路的器件选型及特点，完成了两个控制模块的电路原理图和印制电路板（PCB）设计。　　论文对所设计的两个控制模块进行了 FPGA 程序设计，通过添加逻辑设计模块来实现制定的功能需求。本文中的两个模块主要通过使用Verilog语言在FPGA的FPGA逻辑部分来实现。LED控制模块的FPGA程序设计主要包括系统时钟模块、按键检测及消抖模块和LED时序控制模块。HDMI转LVDS转换模块程序设计主要包括HDMI采集芯片ADV7611采集计算机数据调试和LVDS液晶屏驱动显示。　　论文对设计制作的FPGA开发板和程序进行了多种测试实验，测试结果表明，两块控制模块的开发板功能正常，相互连接正确，各模块可协同运行，能够完成系统交付的任务。

目录

1 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3 课题来源及研究意义

1.4 论文内容安排

2 多光谱眼底成像仪系统设计

2.1 人眼组织结构简介

2.2 眼底相机的工作原理

2.3多光谱眼底成像原理

2.4系统总体结构框架及参数指标

2.5 关键技术研究

2.5.1 照明光源选择

2.5.2 消杂散光设计

2.5.3 控制系统设计

3 控制系统电路设计

3.1引言

3.2.1 FPGA核心电路

3.2.2 电源电路

3.2.3 存储器件

3.2.4 滤波电路

3.2.5 下载编程电路

3.2.6 复位模块

3.2.7 系统时钟模块

3.2.8 接口模块

3.2.9 LED驱动电路

3.2.10 信号增强电路

3.3 HDMI转LVDS转换电路

3.3.1 HDMI接口设计

3.3.2 DDC模块设计

3.3.3 ESD部分设计

3.3.4HOT PLUG部分设计

3.3.5 TMDS差分线部分设计

3.3.6 HDMI接收电路

3.3.7 FPGA核心电路

3.3.8 LVDS接口电路

3.4本章小结

4 硬件系统PCB板设计

4.1硬件开发环境

4.2电路原理图设计

4.3 PCB版图设计

4.3.1 PCB的布局

4.3.2 PCB的布线

4.4 PCB版图

5 FPGA程序设计及调试

5.1 FPGA简介

5.2 LED控制模块FPGA程序设计

5.2.1 系统时钟模块

5.2.2 按键检测及消抖模块

5.2.3 LED时序控制模块

5.3 HDMI转LVDS转换模块程序设计

5.3.1 HDMI采集芯片ADV7611采集PC数据调试

5.3.2 LVDS液晶屏驱动显示

5.4 板级调试

6 总 结

参考文献

附录

A 作者在攻读学位期间发表的论文目录

B 学位论文数据集

致谢