基于FPGA的USB画笔实验报告

简介：
本实验报告详细介绍了利用FPGA技术开发USB画笔的过程，涵盖硬件设计、电路实现及软件编程等方面，旨在探索FPGA在人机交互设备中的应用。 USB接口在现代电子设备中的应用非常广泛，在多媒体设备领域更是不可或缺的组成部分，主要用于数据传输与控制功能。本实验旨在开发一种“画笔”功能的应用程序，允许用户通过配备USB接口的设备进行绘画或写字，并将这些创作保存为数字文件。 该设计以USB鼠标作为输入装置，将其改造成可以绘制图形的功能工具。在实现过程中采用了飞利浦ISP1362芯片作为主控接口与Nios II处理器协同工作来检测鼠标的移动操作。系统还配备了视频帧缓冲器及VGA控制器用于实时存储和显示图像数据。 具体设计步骤包括： 1. 创建名为DE2_115_NIOS_HOST_MOUSE_VGA的工程，使用SOPC Builder构建硬件平台，其中包括Nios II处理器及相关接口。 2. 编写Verilog代码以实现VGA控制、图片RAM等功能模块，并确保各组件正常运行。 3. 使用C语言编写Nios II处理器的应用程序，涵盖USB鼠标接口及与VGA控制器交互等核心功能。 4. 配置并仿真测试程序，在设定端口参数后保证数据传输的准确性。 5. 将配置文件DE2_115_NIOS_HOST_MOUSE_VGA.sof下载至DE2-115开发板，连接USB鼠标和VGA显示器进行调试运行。 设计过程中遇到了一些挑战： 1. 在仿真阶段发现由于VGA_Controller模块输出端口未正确实例化导致没有波形输出。解决这个问题后得到了正确的仿真结果。 2. 遇到了Nios II处理器的连接问题，并通过刷新连接解决了这一障碍。 实验最终成功完成，开启电源并下载程序之后，在VGA显示器上可以看到带有Altera标志的蓝色背景图像。开发板上的LCD屏幕和数码管显示相关信息。随着鼠标的移动，屏幕上光标会跟随其动作变化；点击鼠标左键可以在当前位置绘制白色点（右键功能未实现）。数码管上显示坐标值，并且LED灯的状态也会随鼠标位置改变而更新，实现了USB画笔的基本操作。 通过这项设计展示了如何利用FPGA技术将常见的USB鼠标转化为具有创新性的绘画工具。这不仅扩展了USB接口的应用范围，也为数字艺术创作提供了新的可能。此项目具备实用性和便捷性，是FPGA在嵌入式系统应用中的一个良好示例。