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系統識別號 U0002-0109201513192300
中文論文名稱 應用FPGA於點字顯示器之系統設計
英文論文名稱 The Application of FPGA in Braille Display System Design
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 機械與機電工程學系博士班
系所名稱(英) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
學年度 103
學期 2
出版年 104
研究生中文姓名 廖哲葦
研究生英文姓名 Che-Wei Liao
學號 601371197
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2015-06-26
論文頁數 61頁
口試委員 指導教授-蔡慧駿
委員-柯德祥
委員-李經綸
中文關鍵字 點字顯示器  FPGA  USB 
英文關鍵字 Braille Display  FPGA  USB 
學科別分類
中文摘要 本研究使用FPGA晶片來簡化點字顯示器的電路設計。採用硬體描述語言將點字顯示器的控制系統包含微控制器及邏輯晶片等電路,設計並整合於FPGA晶片內。使用單一晶片取代整個電路板對點字觸摸顯示器進行控制。利用FPGA晶片更改電路的便利性,使整體電路設計更為靈活。
研究的初期使用FPGA晶片開發板結合八方點字顯示器機板與八個點字顯示方做為點字顯示器控制系統的開發平台。於完成8051微處器軟核及邏輯控制晶片模塊等電路的設計後,將開發板測試完成之控制系統移植至開發模組上,結合顯示器機板及點字顯示方即完成點字顯示器測試機的設計與製作。
電腦端的資料訊號藉由USB傳輸介面傳至點字顯示器FPGA晶片內的8051微處理器軟核轉換成點字訊息。再轉由3線轉8線解碼器及資料閂鎖器模塊所組成之邏輯控制組來進行並列輸出,將訊號傳送至指定位址的點字顯示方上。功能測試結果顯示點字顯示器測試機整體系統設計正確,已達成硬體簡化、操作容易與維護便利之設計目的。
英文摘要 FPGA (Field Programmable Gate Array, FPGA) was used in this study to simplify the circuit design of the Braille display. With the use of the hardware description language, the Braille display control system composed of a microcontroller, logic gates, and other circuits was designed and integrated into the FPGA chip. This single chip can then be used to replace the entire circuit board to control the Braille display. FPGA provides a convenient mechanism to allow implement hardware, making the overall circuit design more flexible.
During the early phase of the study, a FPGA development kit, combined with an eight slots main circuit board and eight Braille cells, served as a platform for developing the Braille display control system. After completing the design of the 8051 microprocessor core, logic modules, and other circuits, the control system successfully achieved was then loaded onto a development module. By integrating the development module, the main circuit board, and the Braille cells, the prototype of a FPGA based Braille display was accomplished.
The information signals at the computer side were sent through the USB interface to the 8051 microprocessor core inside the Braille display FPGA chip, which were then converted into Braille messages. Then, parallel outputs was carried out through the logic control module made up of 3 to 8 decoder and data latch modulus to send signals to the specified Braille cells. The functional test results show that the overall system design of the FPGA based Braille display is appropriate. The design goals of hardware simplification, user-friendly operation, and maintenance convenience are all achieved.
論文目次 目 錄
中文摘要 I
英文摘要 II
目 錄 III
圖目錄 V
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機 4
1.3 文獻回顧 10
1.4 論文架構 14
第二章 設計要點 17
2.1 硬體描述語言 17
2.2 電路設計要點 18
2.3 傳輸介面 19
2.3.1 RS232傳輸架構 19
2.3.2 USB傳輸架構 21
2.4 控制系統 22
2.4.1微處理器 22
2.4.2邏輯IC 23
2.5 韌體架構 27
第三章 控制系統之設計與製作 29
3.1 控制系統架構 29
3.2 邏輯控制機板 31
3.3 點字顯示器機板 34
3.4 點字顯示方 35
3.5 點字顯示器測試機 37
3.6 FPGA晶片電路資源 38
第四章 點字顯示器功能測試 39
4.1 測試平台 39
4.2 測試流程 40
4.2 測試結果 41
第五章 結論與未來展望 55
5.1 結論 55
5.2 未來展望 56
參考文獻 58















圖目錄
圖1-1 視障科技輔具示意圖 3
圖1-2 六點點字方與八點點字方示意圖 4
圖1-3 FPGA晶片基本結構圖 7
圖1-4 FPGA晶片設計流程 8
圖1-5 研究流程 9
圖1-6 「超點」點字顯示器 12
圖1-7 電磁拍擊致動機構作動示意圖 12
圖1-8 壓電薄樑示意圖 14
圖2-1 電路架構設計 19
圖2-2 RS232腳位圖 20
圖2-3 USB模組 22
圖2-4 虛擬COM 埠電路圖 22
圖2-5 8051微處理器電路 23
圖2-6 3線對8線解碼器電路 24
圖2-7 3線對8線解碼器之FPGA邏輯電路圖 25
圖2-8 資料栓鎖器電路 26
圖2-9 資料閂鎖器之FPGA邏輯電路圖 26
圖2-10 韌體處理流程圖 28
圖3-1 FPGA晶片主要電路架構 29
圖3-2 控制流程圖 30
圖3-3 串列訊號轉並列訊號流程圖 31
圖3-4 FPGA晶片內之邏輯控制電路 33
圖3-5 簡化後之邏輯控制電路 33
圖3-6 系統控制流程圖 34
圖3-7 點字顯示器機板 35
圖3-8 傳統點字顯示器機板 35
圖3-9 電磁拍擊致動點字顯示方 36
圖3-10 電磁拍擊致動點字顯示方腳位 36
圖3-11 點字顯示器測試機 37
圖3-12 測試平台晶片所用之邏輯數量 38
圖3-13 開發模組所用之邏輯數量 38
圖4-1 點字顯示器控制系統測試平台 40
圖4-2 點字顯示方測試顯示「255」 42
圖4-3 第1~8個點字顯示方單點控制 42
圖4-4 測試平台傳輸流程 43
圖4-5 USB驅動程式 44
圖4-6 設定終端機鮑率 44
圖4-7 終端機輸入「淡」、「江」之字樣 45
圖4-8 「淡」、「江」注音點字訊號 45
圖4-9 終端機輸入「大」、「學」之字樣 46
圖4-10 「大」、「學」注音點字訊號 46
圖4-11 終端機輸入「HELLOTKU」之字樣 47
圖4-12 「HELLOTKU」之點字訊號 47
圖4-13 終端機輸入「hellotku」之字樣 48
圖4-14 「hellotku」之點字訊號 48
圖4-15 「hellotku」相對應之二進制ASCII碼 50
圖4-16 「hellotku」點字訊號指示燈 51
圖4-17 點字顯示器測試機 52
圖4-18 點字顯示器測試機之測試流程 52
圖4-19 電源指示燈 53
圖4-20 傳輸指示燈 53
圖4-21 點字顯示器測試機測試結果 54

表目錄
表1-1 視覺障礙等級判別 2
表1-2 視障者鑑定標準 2
表2-1 RS232腳位定義 20
表2-2 USB版本及傳輸速率 21
表2-3 3線對8線解碼器訊號控制表 25
表2-4 資料閂鎖器訊號控制表 27
表4-1 「淡」、「江」點字記號表 45
表4-2 「大」、「學」點字記號表 46
表4-3 「HELLOTKU」點字符號表 48
表4-4 「hellotku」點字符號表 48
表4-5 「hellotku」之ASCII碼對照表 49
參考文獻 參考文獻
1. 行政院衛生福利部(民102)。身心障礙鑑定類別、鑑定向度、程度分級及其基準。行政院公報衛生勞動篇,19(146)。
2. 李政育(民 100)。 Zigbee 點字顯示器控制系統之設計與製作(碩士論文)。取自淡江大學電子學位論文服務系統。(系統編號 U0002-1508201120171200)
3. Yeh, F.-H., Tsay, H.-S., & Liang, S.-H. (2008). Human computer interface and optimized electro-mechanical design for chinese braille display. Mechanism and Machine Theory, 43(12), 1495-1518
4. Yeh, F.-H., & Liang, S.-H. (2007). Mechanism design of the flapper actuator in chinese braille display. Sensors and Actuators A: Physical, 135(2), 680-689.
5. 吳林駿(民 88)。中文盲用電腦點字觸摸顯示器之熱傳分析與量測(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號087TKU00489004)
6. 陳展昭(民 89)。盲用電腦點字顯示方之電腦輔助設計與力學分析(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號088TKU00489007)
7. 黃子能(民 91)。點字顯示方之力學與熱破壞分析(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號090TKU00489020)
8. 蘇威碩(民 93)。應用USB與藍芽介面技術於嵌入式中文盲用電腦軟硬體之研發(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 092TKU00489038)
9. 潘冠廷(民 97)。掌上型藍芽無線點字顯示器控制系統設計與製作(碩士論文)。取自淡江大學電子學位論文服務系統。(系統編號U0002-1303200814350100)
10. 蔡慧駿、葉豐輝、程威得(民94)。盲用點字顯示器傳輸介面與控制系統整合設計。中華民國機構與機器原理學會第八屆全國機構與機器設計學術研討會,689-694。
11. 吳信彥(民 98)。以FPGA 實現移動適應性解交錯於弱視輔具之設計(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 097YM005530050)
12. 賴彥良(民97)。 以FPGA實現立體視覺系統並結合視障輔具之硬體設計(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 096YM005530024)
13. 李吉民(民 97)。以FPGA實現即時影像處理於弱視輔具之研製(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 096YM005530037)
14. 陳育琳(民102)。以FPGA實現高頻超音波訊號顯示器(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 101YM005530007)
15. 李丕耀(民 98)。使用PCI介面之FPGA快速雛形系統開發環境之設計與應用(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 095FCU05392060)
16. 盧彥光(民 98)。粒子群聚最佳化演算法於DE2-70多媒體開發板之實作(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 097ISU05392017)
17. 蔡羅賢(民 96)。基於FPGA之即時數位影像處理平台設計(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 096NUUM5442001)
18. 陳世佩(民 93)。以FPGA實現具Embedded ICE功能之8051單晶片(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 092NTUST428019)
19. 黃登淵、柯憲棠 (民95) 。以 FPGA 實現一個類 PIC8 位元微控制器。Journal of Science and Engineering Technology, 2(1), 9-13。
20. 黃志勝(民 99)。 基於 FPGA 的嵌入式視覺伺服系統之設計與實現(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 098NTU05442030)
21. 黃南溢(民 93)。通用串列匯流排控制器硬體設計之實現與應用(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 092NCKU5028031)
22. 魏建豪(民 97)。 軟體無線電任意基頻訊號接收機系統設計及實現(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 096NCU05650010)
23. 徐中(民 103)。支援多核心系統架構之多作業系統程式設計環境(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 102TTU05392005)
24. 楊寓鈞(民 98)。生醫應用系統單晶片之 FPGA 實現(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 097NCTU5591052)
25. 林柏榮(民 92)。視窗導盲鼠系統與無障礙網頁之研究(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 091TKU00442015)
26. Hall, T. S., & Anderson, D. V. (2005). A framework for teaching real-time digital signal processing with field-programmable gate arrays. IEEE Transactions on Education, 48(3), 551-558.
27. MacLean, W. J. (2005). An evaluation of the suitability of FPGAs for embedded vision systems. Paper presented at the Computer Vision and Pattern Recognition-Workshops, 2005. CVPR Workshops. IEEE Computer Society Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, 131-131.
28. Kalomiros, J. A., & Lygouras, J. (2008). Design and evaluation of a hardware/software FPGA-based system for fast image processing. Microprocessors and Microsystems, 32(2), 95-106.
29. 李世裕、江俊昇、徐良育、胡威志 (民99) 。以 Fpga 實現可程式化生醫數位處理系統晶片。Journal of Advanced Engineering, 5(4), 341-346。
30. 曾文治(民 95)。結合 Jtag 與 8051 之電路模擬器設計與實作(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 095NTNU5037058)
31. 程威得(民 95)。新型點字印表機之控制系統與傳輸介面整合設計(碩士論文)。取自臺灣博碩士論文系統。(系統編號 094TKU05489038)
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