FPGA实现的高频视觉刺激控制器设计与优势

"该文介绍了一种基于FPGA的高频视觉刺激控制器的设计，用于研究稳态视觉诱发电位（SSVEP）。传统的视觉刺激器在高频刺激时存在精度低、同步性差等问题，而本文设计的控制器使用FPGA芯片和Verilog HDL编程，实现了高精度、高同步性的图像刺激生成，能够有效地提供高频刺激信号。系统包括硬件和软件两部分，硬件基于FPGA电路板，软件则由Verilog HDL设计的FPGA程序组成，包括串口通信、VGA时序、图像描述和刺激率控制等模块。通过与上位机的串口通信，选择刺激模式，生成相应的视觉刺激，并通过触发信号与诱发电位采集设备协同工作。" 在视觉科学研究中，稳态视觉诱发电位（SSVEP）是一种重要的电生理指标，它反映了人脑对特定频率视觉刺激的响应。传统的视觉刺激器在生成高频图像刺激时，往往无法保证时间和空间上的精确性，这限制了SSVEP研究的精度。针对这一问题，本文提出了一种基于Field-Programmable Gate Array（FPGA）的高频视觉刺激控制器。FPGA是一种可编程逻辑器件，能够高效地执行复杂的并行计算任务，非常适合用于实时、高精度的图像生成。 系统整体设计上，采用了Altera公司的EP4CE30型FPGA作为核心控制器，硬件部分包括FPGA电路板、串口电路、VGA接口、按键电路和I/O口等，软件部分则是Verilog HDL编写的FPGA程序。系统运行时，首先通过串口接收上位机的控制指令，选择刺激模式，然后VGA控制模块进行行扫描和场扫描，生成指定的刺激图像。刺激率控制模块则产生相应的刺激频率信号和触发信号，这些信号通过I/O口传递给诱发电位采集设备，同时RGB、行同步和场同步信号通过VGA接口发送给显示器，以显示刺激图像。 系统的核心控制模块由四个主要部分组成： 1. 串口通信模块：负责与上位机之间的数据交换，包括波特率发生、发送和接收功能，确保指令的准确传输。 2. VGA时序扫描模块：生成VGA显示所需的行同步和场同步信号，保证图像的正确显示。 3. 刺激图像描述模块：根据预设的刺激模式生成对应的视觉刺激图像。 4. 刺激率控制模块：产生刺激频率信号和触发信号，控制刺激的起始和结束，确保与诱发电位测量设备的同步。 实验结果表明，该设计的视觉刺激控制器具有高时间精度、高准确性和良好的同步性，能够满足高频视觉刺激的需求，适用于SSVEP等相关视觉研究。结合美国NeuroScan公司的SynAmps2系统，可以实现视觉刺激与诱发电位数据采集的精确同步，进一步提升实验的科学性和可靠性。