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《HELLO FPGA》-项目进阶篇v2.0.pdf

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：15.30M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    前 言
    目 录
    第一章 摄像头外设模块
    §1.1 摄像头的基础理论
    1.1.1 为什么要学习摄像头
    1.1.2 摄像头的基本概述
    1.1.3 OV7725芯片介绍
    1.1.4 I2C总线协议介绍
    1.1.5 OV7725寄存器介绍
    §1.2 摄像头的实际应用
    1.2.1 OV7725寄存器配置
    1.2.2 OV7725的通信时序
    1.2.3 OV7725与VGA联调并显示彩条
    1.2.4 OV7725与VGA联调并显示图像
    1.2.5 OV7725与ILI9341联调并显示图像
    §1.3 摄像头的实战进阶
    1.3.1 图像处理之灰度化及亮度调节
    1.3.2 图像处理之均值滤波
    1.3.3 图像处理之边缘检测
    第二章 HDMI高清外设模块
    §2.1 HDMI的基础理论
    2.1.1 为什么要学习HDMI
    2.1.2 HDMI的基本概述
    2.1.3 SII9134芯片介绍
    2.1.4 HDMI的通信时序
    §2.2 HDMI的实际应用
    2.2.1 HDMI显示彩条
    2.2.2 OV7725与HDMI联调并显示彩条
    2.2.3 OV7725与HDMI联调并显示图像
    §2.3 HDMI的实战进阶
    2.3.1 OV7725与HDMI联调并实现灰度化及亮度调节
    2.3.2 OV7725与HDMI联调并实现均值滤波
    2.3.3 OV7725与HDMI联调并实现边缘检测
    第三章 高速AD/DA外设模块
    §3.1 AD/DA的基础理论
    3.1.1 为什么要学习AD/DA
    3.1.2 AD/DA的基本概述
    3.1.3 AD/DA的通信时序
    §3.2 AD/DA的实际应用
    3.2.1 基于AD9280的数字电压采集显示
    3.2.2 基于AD9708的数字信号发生器
    3.2.3 AD9280与AD9708联调并用SignalTap采集波形
    §3.3 AD/DA的实战进阶
    3.3.1 基于ILI9341的数字示波器——波形显示
    3.3.2 基于ILI9341的数字示波器——界面完善
    3.3.3 基于ILI9341的数字示波器——功能完善
    第四章 5英寸触摸屏外设模块
    §4.1 LCD的基础理论
    4.1.1 为什么要学习LCD
    4.1.2 LCD的基本概述
    4.1.3 LCD的通信时序
    §4.2 LCD的实际应用
    4.2.1 LCD显示彩条
    4.2.2 OV7725与LCD联调并显示图像
    4.2.3 驱动LCD触摸实现画板
    §4.3 LCD的实战进阶
    4.3.1 OV7725与LCD联调并实现灰度化及亮度调节
    4.3.2 OV7725与LCD联调并实现均值滤波
    4.3.3 OV7725与LCD联调并实现边缘检测
    第五章 音频外设模块
    §5.1 音频的基础理论
    5.1.1 为什么要学习音频
    5.1.2 音频的基本概述
    5.1.3 WM8731芯片介绍
    5.1.4 WM8731通信时序
    §5.2 音频的实际应用
    5.2.1 卡拉OK系统
    5.2.2 基于VGA的音频频谱显示
    5.2.3 音频合成器
    §5.3 音频的实战进阶
    5.3.1 基于Qsys的录制和播放系统
    5.3.2 基于Qsys的SD卡音乐播放器
    第六章 USB外设模块
    §6.1 USB的基础理论
    6.1.1 为什么要学习USB
    6.1.2 USB的基本概述
    6.1.3 CY7C68013A芯片介绍
    6.1.4 Slave FIFO的通信时序
    §6.2 USB的开发指南
    6.2.1 开发套件的安装
    6.2.2 固件程序的安装——KeilC51
    6.2.3 应用程序的安装——VS2013
    6.2.4 设备驱动的安装
    6.2.5 建立USB第一个固件程序
    6.2.6 搭建USB上位机开发平台
    §6.3 USB的控制传输
    6.3.1 按键控制LED
    6.3.2 上位机控制LED
    6.3.3 上位机读取按键
    §6.4 USB的中断传输
    6.4.1 HID键盘设备
    6.4.2 HID鼠标设备
    §6.5 USB的批量传输
    6.5.1 Slave FIFO读写测试
    6.5.2 Slave FIFO速度测试
    §6.6 USB的实战进阶
    6.6.1 USB摄像头——硬件工程
    6.6.2 USB摄像头——固件工程
    6.6.3 USB摄像头——应用工程
    6.6.4 USB摄像头——板级调试
    第七章 视频外设模块（即将发布）
    §7.1 视频的基础理论
    7.1.1 为什么要学习视频
    7.1.2 视频的基本概述
    7.1.3 ADV7180/ADV7171芯片介绍
    7.1.4 视频的通信时序
    §7.2 视频的实际应用
    7.2.1 基于ADV7171的彩条显示
    7.2.2 视频采集与显示系统
    §7.3 视频的实战进阶
    7.3.1 视频处理之字符叠加
    7.3.2 视频处理之亮度调节
    第八章 网络外设模块（即将发布）
    §8.1 网络的基本理论
    8.1.1 为什么要学习网络
    8.1.2 网络的基本概述
    8.1.3 DM9000AEP芯片介绍
    8.1.4 网络的通信协议
    §8.2 网络的实际应用
    8.2.1 基于DM9000AEP的数据包接收
    8.2.2 基于DM9000AEP的数据包发送
    8.2.3 基于DM9000AEP的网络协议编写
    8.2.4 基于Nichestack协议栈的TCP/IP实现
    §8.3 网络的实战进阶
    8.3.1 OV7725与网络联调并实现上位机显示图像
    文档修订历史
    版权声明
    学习交流
    封面 HELLO FPAG
    前 言 我们常把 FPGA 的学习之旅比作是一场太空旅行，一场太空旅行代表着未知、代表着探索、 代表着勇气、代表着好奇心，这一切正是学习一门新技术时应该具备的，当我们渴望着向外探索， 探索一个又一个星球，学习一门又一门新技术时，我们能够感受到那种前所未有的喜悦和生命力， 这些都是我们不断挑战自我，征服未知所得到的奖励，我们知道这个世界上没有比固步自封，更 糟糕的事情，为了让大家勇敢的迈出学习 FPGA 的第一步，我们为初学者们，制作了名为《HELLO FPGA》的书籍和视频教程，通过这套书籍和视频教程，我们和大家一起开始学习 FPGA，探索 这场新技术的未知旅程。时至今日，前期的六本书籍可以说是基本完结了，接下来我们将和大家 一起向技术的更深处继续探索，永远不停下来。 什么样的技术可以带领我们走入未来？大数据、云计算、无人驾驶、人工智能、5G 通信， 这些已经耳熟能详的词汇，背后需要有更灵活的控制和更强的运算能力，FPGA 技术的发展为前 沿的科技创造带来了新的可能性，软件智能搭配 FPGA 灵活高效的硬件形式，可以加强我们的 行车安全，可以使工厂的自动化水平大幅提升，利用 FPGA 技术，人们可以让机器自己去学习， 自己去发现，并作出自己的决策，最终实现人工智能的深度学习，FPGA 与 5G 通信技术相结合， 可以提供更加灵敏，更加可靠的蜂窝网络服务，为移动通信和互联网的发展提供了新的机遇，在 未来，基于 FPGA 技术的云计算服务，大数据处理，以及机器视觉系统，也将会越来越普及， 强大的 FPGA 让未来成为了可能，未来需要具有强大并行处理能力的 FPGA，需要灵活可配置 的硬件结构，使最高级别的软件智能与硬件优化完美的结合在一起，FPGA 技术正在塑造未来。 为了让大家能够触碰到科技的前沿，感知到最新的 FPGA 技术，我们锆石科技为大家精心 打造了八款外设模块，分别是：摄像头外设模块、HDMI 高清外设模块、高速 AD/DA 外设模块、 5 英寸触摸屏外设模块、音频处理外设模块、视频处理外设模块、USB 外设模块、百兆网络外设 模块。这些外设模块覆盖全面，易于拓展，且功能强大，让你切身体会到 FPGA 渗透在我们各 行各业中，无可取代的地位，虽说这些外设，与前面所说的最前沿的技术还有段距离，但是通过 对它们的学习，我们至少可以初窥门径，来之略有小成。
    目 录 第一章 摄像头外设模块 ............................................................................................................... 1 §1.1 摄像头的基础理论 .......................................................................................................... 3 1.1.1 为什么要学习摄像头 ............................................................................................... 3 1.1.2 摄像头的基本概述 ................................................................................................... 4 1.1.3 OV7725 芯片介绍.................................................................................................... 6 1.1.4 I2C 总线协议介绍 .................................................................................................... 9 1.1.5 OV7725 寄存器介绍 .............................................................................................. 12 §1.2 摄像头的实际应用 ........................................................................................................ 15 1.2.1 OV7725 寄存器配置 .............................................................................................. 16 1.2.2 OV7725 的通信时序 ............................................................................................ 36 1.2.3 OV7725 与 VGA 联调并显示彩条 ....................................................................... 39 1.2.4 OV7725 与 VGA 联调并显示图像 ....................................................................... 82 1.2.5 OV7725 与 ILI9341 联调并显示图像 ................................................................... 84 §1.3 摄像头的实战进阶 ...................................................................................................... 101 1.3.1 图像处理之灰度化及亮度调节 ............................................................................ 101 1.3.2 图像处理之均值滤波........................................................................................... 106 1.3.3 图像处理之边缘检测 .......................................................................................... 119 第二章 HDMI 高清外设模块 ...................................................................................................... 129 §2.1 HDMI 的基础理论 ....................................................................................................... 131 2.1.1 为什么要学习 HDMI ............................................................................................ 131 2.1.2 HDMI 的基本概述 ................................................................................................ 134 2.1.3 SII9134 芯片介绍 ................................................................................................. 136 2.1.4 HDMI 的通信时序 ................................................................................................ 137 §2.2 HDMI 的实际应用 ....................................................................................................... 139 2.2.1 HDMI 显示彩条 .................................................................................................... 139 2.2.2 OV7725 与 HDMI 联调并显示彩条 .................................................................... 146 2.2.3 OV7725 与 HDMI 联调并显示图像 .................................................................... 153 §2.3 HDMI 的实战进阶 ....................................................................................................... 155 2.3.1 OV7725 与 HDMI 联调并实现灰度化及亮度调节 .............................................. 155 2.3.2 OV7725 与 HDMI 联调并实现均值滤波 ............................................................ 158 2.3.3 OV7725 与 HDMI 联调并实现边缘检测 ............................................................ 160 第三章 高速 AD/DA 外设模块 ................................................................................................... 163 §3.1 AD/DA 的基础理论 ..................................................................................................... 165 3.1.1 为什么要学习 AD/DA.......................................................................................... 165 3.1.2 AD/DA 的基本概述 .............................................................................................. 166 3.1.3 AD/DA 的通信时序 .............................................................................................. 172 §3.2 AD/DA 的实际应用 ..................................................................................................... 173 3.2.1 基于 AD9280 的数字电压采集显示 ................................................................... 173 3.2.2 基于 AD9708 的数字信号发生器 ...................................................................... 177 3.2.3 AD9280 与 AD9708 联调并用 SignalTap 采集波形 ......................................... 185 §3.3 AD/DA 的实战进阶 ..................................................................................................... 188
    3.3.1 基于 ILI9341 的数字示波器——波形显示 ......................................................... 189 3.3.2 基于 ILI9341 的数字示波器——界面完善 ......................................................... 215 3.3.3 基于 ILI9341 的数字示波器——功能完善 ........................................................ 234 第四章 5 英寸触摸屏外设模块 ................................................................................................. 260 §4.1 LCD 的基础理论 ........................................................................................................ 262 4.1.1 为什么要学习 LCD ............................................................................................. 262 4.1.2 LCD 的基本概述 ................................................................................................. 263 4.1.3 LCD 的通信时序 ................................................................................................. 265 §4.2 LCD 的实际应用 ........................................................................................................ 266 4.2.1 LCD 显示彩条 ..................................................................................................... 266 4.2.2 OV7725 与 LCD 联调并显示图像 ..................................................................... 272 4.2.3 驱动 LCD 触摸实现画板 ................................................................................... 278 §4.3 LCD 的实战进阶 ........................................................................................................ 283 4.3.1 OV7725 与 LCD 联调并实现灰度化及亮度调节............................................... 283 4.3.2 OV7725 与 LCD 联调并实现均值滤波 ............................................................. 285 4.3.3 OV7725 与 LCD 联调并实现边缘检测 ............................................................. 287 第五章 音频外设模块 ............................................................................................................... 290 §5.1 音频的基础理论 ........................................................................................................ 292 5.1.1 为什么要学习音频 .............................................................................................. 292 5.1.2 音频的基本概述 ................................................................................................. 293 5.1.3 WM8731 芯片介绍 ............................................................................................. 296 5.1.4 WM8731 通信时序 ............................................................................................. 299 §5.2 音频的实际应用 ........................................................................................................ 302 5.2.1 卡拉 OK 系统 ..................................................................................................... 302 5.2.2 基于 VGA 的音频频谱显示 ............................................................................... 305 5.2.3 音频合成器 ......................................................................................................... 316 §5.3 音频的实战进阶 ......................................................................................................... 351 5.3.1 基于 Qsys 的录制和播放系统 ............................................................................ 351 5.3.2 基于 Qsys 的 SD 卡音乐播放器 ....................................................................... 355 第六章 USB 外设模块 .............................................................................................................. 360 §6.1 USB 的基础理论 ........................................................................................................ 362 6.1.1 为什么要学习 USB ............................................................................................ 362 6.1.2 USB 的基本概述 ................................................................................................. 363 6.1.3 CY7C68013A 芯片介绍 ...................................................................................... 371 6.1.4 Slave FIFO 的通信时序 ..................................................................................... 374 §6.2 USB 的开发指南 ....................................................................................................... 377 6.2.1 开发套件的安装 ................................................................................................. 377 6.2.2 固件程序的安装——KeilC51 ............................................................................. 381 6.2.3 应用程序的安装——VS2013 ............................................................................ 384 6.2.4 设备驱动的安装 ................................................................................................. 387 6.2.5 建立 USB 第一个固件程序 ............................................................................... 390 6.2.6 搭建 USB 上位机开发平台 ................................................................................ 401 §6.3 USB 的控制传输 ....................................................................................................... 406 6.3.1 按键控制 LED .................................................................................................... 406
    6.3.2 上位机控制 LED ................................................................................................ 409 6.3.3 上位机读取按键 .................................................................................................. 415 §6.4 USB 的中断传输 ........................................................................................................ 419 6.4.1 HID 键盘设备 ....................................................................................................... 419 6.4.2 HID 鼠标设备 ..................................................................................................... 432 §6.5 USB 的批量传输 ....................................................................................................... 436 6.5.1 Slave FIFO 读写测试 ......................................................................................... 436 6.5.2 Slave FIFO 速度测试 ......................................................................................... 454 §6.6 USB 的实战进阶 ....................................................................................................... 464 6.6.1 USB 摄像头——硬件工程 ................................................................................. 465 6.6.2 USB 摄像头——固件工程 .................................................................................. 471 6.6.3 USB 摄像头——应用工程 ................................................................................. 474 6.6.4 USB 摄像头——板级调试 ................................................................................. 476 第七章 视频外设模块（即将发布） ......................................................................................... 479 §7.1 视频的基础理论 ......................................................................................................... 481 7.1.1 为什么要学习视频 ............................................................................................... 481 7.1.2 视频的基本概述 .................................................................................................. 481 7.1.3 ADV7180/ADV7171 芯片介绍 ............................................................................ 481 7.1.4 视频的通信时序 .................................................................................................. 481 §7.2 视频的实际应用 ......................................................................................................... 481 7.2.1 基于 ADV7171 的彩条显示 ................................................................................ 481 7.2.2 视频采集与显示系统 .......................................................................................... 481 §7.3 视频的实战进阶 ......................................................................................................... 481 7.3.1 视频处理之字符叠加 ......................................................................................... 482 7.3.2 视频处理之亮度调节 ......................................................................................... 482 第八章 网络外设模块（即将发布） ......................................................................................... 483 §8.1 网络的基本理论 ........................................................................................................ 485 8.1.1 为什么要学习网络 .............................................................................................. 485 8.1.2 网络的基本概述 ................................................................................................. 485 8.1.3 DM9000AEP 芯片介绍 ...................................................................................... 485 8.1.4 网络的通信协议 ................................................................................................. 485 §8.2 网络的实际应用 ........................................................................................................ 485 8.2.1 基于 DM9000AEP 的数据包接收 ..................................................................... 485 8.2.2 基于 DM9000AEP 的数据包发送 .................................................................... 485 8.2.3 基于 DM9000AEP 的网络协议编写 ................................................................. 486 8.2.4 基于 Nichestack 协议栈的 TCP/IP 实现 .......................................................... 486 §8.3 网络的实战进阶 ........................................................................................................ 486 8.3.1 OV7725 与网络联调并实现上位机显示图像 .................................................... 486 文档修订历史 ............................................................................................................................... 488 版权声明 ...................................................................................................................................... 492 学习交流 ...................................................................................................................................... 495
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