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。

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.

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
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