一种基于FPGA的诱发电位仪系统研究与设计

　　2 FPGA软件模块设计

　　2．1 FPGA的优势

　　FPGA即现场可编程门阵列，是在CPLD的基础上发展起来的新型高性能可编程逻辑器件，它既继承了ASIC的大规模、高集成度、高可靠性的优点，又克服了普通ASIC设计周期长、投资大、灵活性差的缺点，逐步成为复杂数字硬件电路设计的理想选择。不同于传统的诱发电位仪设计，本文将大部分分立元件实现的功能集成到了FPGA芯片中，实现多种刺激模式和滤波模块以及实现对外围器件的控制，不仅提高了集成度使仪器小型化、便携化成为可能，而且片内模块可反复修改，提高了设计开发效率降低了成本，也可以方便地实现各模块之间的同步。

　　2．2 软件模块整体设计

　　本设计中，FPGA芯片软件模块包括了诱发电位刺激模块、信号传输控制模块和数字信号处理模块三大部分；由共同的同步信号协同合作，完成诱发电位仪的诱发刺激、信号的传输、数字滤波等核心控制处理功能。FPGA内软件模块框图如图2所示。

　　2．3 诱发电位刺激模块

　　在FPGA芯片中设计了诱发电位刺激模块，主要功能包括：听觉诱发电位刺激、神经传导刺激和视觉诱发电位刺激。刺激信号主要由脉冲信号进行控制，通过 FPGA芯片可以直接输出脉冲信号和VGA控制信号。听觉诱发刺激信号和神经传导刺激信号可由FPGA输出的脉冲信号经功率放大后产生，在此听觉诱发电位刺激信号为双通道，一路信号产生脉冲信号如PWM(脉宽调制)波，另一路由FPGA芯片内部模块通过DA转换器产生白噪声，而神经传导刺激信号可直接由 FPGA输出PWM脉冲直接驱动电压放大器生成。通过Verilog硬件描述语言，在FPGA中实现诱发电位刺激源信号，并通过FPGA端口输出，例如在芯片中使用以下代码可产生一个占空比为PWM_WIDTH：1的PWM波形：

　　视觉诱发刺激信号由在FPGA芯片中存储的刺激图像数据直接产生VGA时序控制信号，控制VGA显示器显示棋盘格或彩条刺激图像给予人体视觉刺激。

　　诱发电位刺激信号主要参数包括刺激脉宽、刺激频率、刺激强度、刺激类型和刺激模式，USB芯片从上位机接收到参数配置信号，传递给诱发刺激信号生成模块发出脉冲。例如，生成听觉诱发电位刺激信号如图3所示，它的刺激脉宽为O．2 ms，刺激频率为12 Hz，设置某一刺激强度(由分贝进行度量)；而生成视觉诱发电位刺激信号，刺激频率为2 Hz，刺激类型为棋盘格模式，刺激模式为16×16。