基于ＦＰＧＡ的智能玩具设计.doc

基于ＦＰＧＡ的智能玩具方案　　摘要:本方案先容了一种接纳硬件形貌语言形貌并用fpga实现led拼图玩具操纵软件及智能断定部门的方案要领本方案结合了led动态表现、无线通讯、红外通讯等相干知识,运用vhdl语言形貌了一个具有智能型、意见意义性和智力开拓性的led拼图玩具方案平台为altera公司的quartusii5.0软件,接纳altera公司的ylne系列fpga实现本方案中的无线发射与吸收部门接纳集成模块来实现,以此来简化方案　　本文详细先容了led拼图玩具的方案历程,包罗同步信息、无线串行发射与吸收、同步时钟、地点信息、抗滋扰本领、体系主动清零方案、红外数据传输、自主断定、随机等式部门的方案与实现对深化研究电子玩具具有庞大的意义　　关键词:fpga;vhdl;无线通讯;红外通讯;随机等式　　1led拼图玩具　　颠末玩具市场视察表白,智能型玩具是以后儿童玩具的一个紧张生长标的目的,而将智力开拓和意见意义性参加智能型玩具将会受到更多家长们的厚爱led拼图玩具聚集了意见意义性、智力开拓性、智能型　　意见意义性:它的意见意义运算包罗了加、减、乘、除(还可以扩展为英笔墨母的识别和英文单词的拼接),它由5个子模块构成(可以做到更多个)。

　　智能型:led拼图玩具分为体系主机和子模块,体系主机通过无线发射模块随机的发送一组等式到各子模块,各子模块通过自身的红别传感器将数据传送到体系主机举行断定假设准确体系主机将再次通过无线发射模块发送“k〞字符到每个子模块,此时体系主机上的led数码管表现“r〞字符,标记着拼图准确;假设断定效果不准确那么无行动　　智力开拓性:按下体系主机的发送键后,全部子模块上所表现的为一个打乱了的等式,此时小孩子通过不雅察、比力、断定将子模块摆放成一个完备的等式游戏的历程非常得当方才开始学习简朴算术的儿童,游戏可以引导他们举行逻辑断定,改变他们的传统头脑方法,有利于小孩子智力的开拓的同时加强了大人与小孩子的情绪交换,淘汰互相之间的代沟,有利于小孩子的康健生长　　2方案方案论证　　一个好的方案少不了好的方案方案,一个好的方案方案少不了方案的屡次选择与论证　　2.1基于51系列单片机的方案方案　　51系列单片机体积孝本钱低,但是对方案职员自身的编程程度要求较高,也未便于信号的数字处置惩罚实现,步伐运行时串行处置惩罚,速率较慢,未便于高速情况中的应用51系列单片机内部处置惩罚数据宽度为8位,对数据处置惩罚有必然的限定,给方案事情带来了未便。

　　2.2基于fpga的方案方案　　fpga均支持vhdl语言,它不必要编程职员非常认识器件内部布局,只要认识vhdl语言即可对fpga举行操纵vhdl步伐接纳并行处置惩罚,从现而进步了步伐的处置惩罚速率,进步了器件的运行速率vhdl语言语法严谨,形貌的硬件电路不变性好应选用此方案举行led拼图玩方案　　3方案方案　　led拼图玩具的方案,接纳载有altear公司的ylne系列芯片ep13t1448n比赛板(以下简称比赛板)举行led拼图玩具的方案[1][2]异步串行无线发射与吸收部门,接纳集成芯片fs1000a和pr1a实现红外数据传输接纳平凡的红外发射管与红外一体化吸收器hs0038实现,表现部门接纳8×8点阵和七段数码管实现,发送按键用平凡按键实现软件部门均接纳vhdl语言形貌,软件形貌平台为quartusii5.0[3][4]　　3.1方案的总体框图　　4体系主机方案　　体系主机事情流程:按下发送键后,体系随机的组合成一组等式,步伐将这些数据加上同步信息和地点信息,并在数据中心参加断绝信息后举行并串转换,通过i输出口直接驱动无线发射模块,将数据发射出去子模块的数据信息通红外线传输到体系主机的红外吸收器,吸收器将数据送到体系主机,步伐将其数据举行算术断定,断定准确时通过无线发射模块反响到子模块。

　　4.1无线通讯数据格式　　在无线通讯中,为了更好的区分数据信息与滋扰信息,在发射历程中参加同步信息为了包管同步信息的唯一性,特在地点信息和字符信息中参加了一个“0〞地点信息接纳4位编码,共16个地点,一共可以做16个子模块,字符信息包罗“0～9,+,-,×,÷,k〞一共16位,以是也接纳4位编码,假设想扩展出英笔墨符,可以接纳5位乃至更多位编码　　4.2无线发射电路　　为了使电路在吸收时更有用的识别数据,接纳的帧格式为:7位开始位“0111110〞加上9位数据位,由于传输数据位数少,故不设制止位数据的无线发射接纳无线发射模块来实现,不需外围电路,如许简化了方案历程,进步了方案服从为了节省本钱接纳单工通讯形式　　4.3红外数据传输格式　　红外数据传输格式与无线发射历程中的数据格式雷同,接纳“0111110〞信息作为同步信号　　4.4红外通讯协议　　接纳单工通讯形式体系通过红外发射器将本机处置惩罚过的数据发送出去,接纳“发—停—发〞的发送情势,以便利体系的自主断定成效实现红外吸收器的事情方法为一连吸收前一个子模块发送过来的红外数据频率接纳100hz　　4.5红外数据发射　　hs0038的事情频率为38khz,那么必须将发射信号调制在38khz的载波上,数据信息取反后颠末与门电路实现红外数据调制,调制后的数据通过比赛板的i足输出驱动红外发射电路[5]。

　　4.6体系主机操纵原理　　思量子模块所表现的信息假设按运算规矩直线摆放,红外线将20位(临时只思量5个子模块,每个子模块的表现数据为4位)表现数据信息不竭的传送给体系主机以“1+2=3〞为例,这20位数据的0到3位存放的是数据信息“3〞的代码,4到7位存放在是数据信息“=〞代码,8到11位存放在是数据信息“2〞代码,12到15位存放在是数据信息“+〞代码,16到19位存放在是数据信息“1〞代码,将这五个代码别离存放到差异的存放器中检测这些存放的算术纪律,假设准确体系主机发射出“k〞字符,让全部的子模块均表现出“k〞字符,自身led数码管表现“r〞字符,标致着本次游戏竣事反之,子模块处于不准确的运算纪律下,不发出任何操纵信息　　4.7随机等式产生器　　随机等式产生器的实现要领为:设置两个频率差异的高速计数器:一个为0到9的加法计数器,另一个为9到0的减法计数器,且计数速率非常高,当被操纵制止时,比力两个计数值,较大的阿谁值作为和,别的一个值作为加数,从而可以盘算出被加数,如许一个完备的等式就如许得到了,且随机得到[6]　　5子模块方案　　子模块事情流程:每个子模块上电后均不时检测体系主机的发射信息,检测到同步信息后,将其数据吸收,步伐吸收到数据后,起首举行地点检测,切合自身地点信息时将地点信息位反面的数据信息转存到另一个存放器,不然不转存地点信息反面的数据信息,在这此中必须去除无线发射帧格式中的断绝信息。

步伐按照数据信息存放器中的值查寻字符表,并表现出其字符每个子模块的表现数据通过红外线传输给下一个子模块,末了一个子模块将数据传输给体系主机每个子模块吸收上前一个子模块传送过来的数据信息,将其串行数据举行串并转换后举行处置惩罚,处置惩罚完成后附加上自身的数据信息,颠末转换后驱动红外发射电路在此流程中必要办理的关键技能为:红外通讯技能、无线吸收技能　　5.1串行吸收电路的方案　　为进步吸收数据的正确性,淘汰误码率,对数据的处置惩罚犹如同步信息的检测接纳4次抽样，对4次抽样效果举行讯断:假设4次抽样中至少有3次为高电平,那么讯断为高电平,不然为低电平[6]　　5.3无线吸收、红外数据流程框图　　5.4红外数据传输原理　　红外数据在本机中之以是被接纳是由于它具有近似直线的流传成效,不克不及穿透停滞物led拼图玩具是由5个以上的正方形盒子构成,将每个盒子的摆布两那么别离装上红外吸收器与红外发射器(均向外安装),由于盒子自己对红外线具有断绝作用,防范了子模块子之间红外线的串扰题目,包管数据传输的准确性假设将全部的子模块子并行安排,那么恰好从左到右第一个子模块的发射器瞄准第二个子模块的吸收器,以此类推,末了一个子模块的发射器对着体系主机的红外吸收器,如许就大概通过红外线直线性将每个子模块的表现数据按划定的挨次无线传送给体系主机。

　　6结语　　本方案使用vhdl语言形貌了一个led拼图玩具,并借助由美国altera公司消费的ylne系列芯片中的ep13t1448n(10万门)组建的比赛板实现可以或许实现一发多收的无线通讯形式,可以或许一个标的目的断定等式的准确性,因此不克不及区分等号的相反摆放,同样也不克不及区分加号的四个标的目的摆放,有待进一步美满　　参考文献　　[1]王诚,范丽珍等.alterafpga/pld方案(底子篇)[].北京:人民邮电出书社,2022:7-115-13500-5.　　[2]王诚,范丽珍等.alterafpga/pld方案(高级篇)[].北京:人民邮电出书社,2022:7-115-13500-2.　　[3]李洪伟,袁斯华.基于quartusii的fpga/pld方案[].北京:电子产业出书社,2022.　　.n/supprt/sftare/quartus2/design_fl/des-qs-q21.htl,2022-04/2022-03.　　[5]侯伯亨,顾新.vhdl硬件形貌语言与数字逻辑电路方案[].西安:西安电子科技大学出书社,2022:7-5606-0534-6.。