fpga-cpld原理及應(yīng)用課程萬年歷設(shè)計報告

1、<p>　　FPGA-CPLD原理及應(yīng)用課程設(shè)計報告</p><p>　　題目： 萬年歷設(shè)計 </p><p>　　學(xué)院: 信息與電子工程學(xué)院</p><p>　　專業(yè): 電子信息工程</p><p>　　學(xué)號: XXXXXXX

2、X</p><p>　　姓名: XXXXXX </p><p>　　指導(dǎo)老師: XXXXXX</p><p>　　時間： 2015.12.20-2015.12.23</p><p><b>　　一、摘要</b></p><p>　　設(shè)計從系統(tǒng)

3、硬件出發(fā),由CPU、總線、RAM、外接設(shè)備等構(gòu)成SOPC Builder的硬件系統(tǒng)，通過Nios II DE2開發(fā)的嵌入式軟件編寫并嵌入SOPC Builder的硬件中實現(xiàn)萬年歷的整體開發(fā)。通過應(yīng)用SoPC Builder開發(fā)工具，設(shè)計者可以擺脫傳統(tǒng)的、易于出錯的軟硬件設(shè)計細節(jié)，從而達到加快項目開發(fā)、縮短開發(fā)周期、節(jié)約開發(fā)成本的目的并具有高集成度、設(shè)計靈活和可移植性較好。</p><p>　　關(guān)鍵詞：萬年歷 S

4、OPC SOPC Builder Nios II DE2</p><p><b>　　二、設(shè)計要求 </b></p><p>　　用Nios II DE2 開發(fā)板的LCD顯示電子鐘的日期和時間。LCD分兩行顯示，第1行顯示年、月、日；第2行顯示時、分、秒。用輸入BUTTON[0]來控制LCD行的修改，同時讓Nios II DE2開發(fā)板上的綠色發(fā)光二極管亮滅來表示這

5、個選擇。當(dāng)BUTTON[0]按一下后，LEDG3亮，可以修改年、月和日的數(shù)字；再按一下BUTTON[0]后，LEDG3滅，可以修改時、分和秒的數(shù)字。</p><p>　　另外用輸入按鈕BUTTON[3]來控制日期和時間的修改，當(dāng)處于日期修改方式時，每次按動一次BUTTON[3]，依次更換“年”、“月”和“日”的修改。當(dāng)處于時間修改方式時，每次按動一次BUTTON[3]，依次更換“時”、“分”和“秒”的修改。修改對

6、象被選中后，按動BUTTON[2]輸入按鈕可以增加顯示的數(shù)字；按動BUTTON[1]輸入按鈕可以減少顯示的數(shù)字。</p><p><b>　　三、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p><b>　　1、按鍵信息</b></p><p>　　BUTTON[3]：“年”、“月”、“日”或“時”、“分”、“秒”切換鍵</p>

7、;<p>　　BUTTON[2]：+鍵</p><p>　　BUTTON[1]：-鍵</p><p>　　BUTTON[0]：“年”、“月”、“日”與“時”、“分”、“秒”切換鍵</p><p><b>　　顯示信息</b></p><p>　　LCD_Line1：顯示“年”、“月”、“日” </p&

8、gt;<p>　　LCD_Line1：顯示“時”、“分”、“秒”</p><p>　　2、SOPC Builder 硬件建立</p><p>　　SOPC Builder是在Quartus II里的SOPC Builder進行的，先建立工程，在SOPC Builder里添加硬件，包括CPU ，jtag_uart ，RAM，LCD，PIO，按鍵，LED，以及LCD_ON。<

9、;/p><p>　　3、Quartus II硬件處理</p><p>　　硬件會自動建立一個頂層模塊，通過建一個原理圖來對對應(yīng)的硬件進行輸入輸出的添加，再鎖定引腳，編譯工程，硬件下載。</p><p>　　4、Nios II DE2嵌入軟件編寫</p><p>　　在Nios II里建立工程，選擇相應(yīng)的模塊，編寫需要嵌入的軟件，添加缺少的頭文件對

10、應(yīng)的宏定義，編譯工程，進行軟件下載，在觀察結(jié)果。</p><p><b>　　四、設(shè)計步驟</b></p><p>　　1、打開Quartus II新建工程</p><p>　　2、打開SOPC Builder生成相應(yīng)的硬件如圖所示</p><p><b>　　圖1.SoPC配置</b></p

11、><p>　　建立好后點擊Generate運行，看是否出錯,然后點擊exit退出。</p><p>　　3、在Quartus II中建立圖形文件，調(diào)用剛才生成的硬件系統(tǒng)，然后進行引腳配置。</p><p><b>　　引腳配置圖如下：</b></p><p><b>　　圖2.引腳配置</b></

12、p><p>　　然后進行編譯，生成文件如下圖：</p><p><b>　　圖3.頂層電路</b></p><p><b>　　Nios II運行</b></p><p>　　打開Nios II IDE2，建立工程，選擇count_binary模塊，添加一個LCD.h的頂層文件。</p>

13、<p>　　LCD.h的頂層文件為：</p><p>　　#ifndef _LCD_H_</p><p>　　#define _LCD_H_</p><p>　　//LCD Module 16*2</p><p>　　#define lcd_write_cmd(base,data) IOWR(base, 0, data)&l

14、t;/p><p>　　#define lcd_read_cmd(base) IORD(base, 1)</p><p>　　#define lcd_write_data(base,data) IOWR(base, 2, data)</p><p>　　#define lcd_read_data(base) IORD(base,

15、 3)</p><p>　　//==========================</p><p>　　void LCD_Init();</p><p>　　void LCD_Show_Text(char*Text);</p><p>　　void LCD_Line2();</p><p>　　void

16、 LCD_Test();</p><p>　　//=========================</p><p>　　#endif //_LCD_H_</p><p><b>　　C語言程序代碼為：</b></p><p>　　#include <stdio.h></p><p>

17、;　　#include "altera_avalon_pio_regs.h"</p><p>　　#include "alt_types.h"</p><p>　　#include "system.h"</p><p>　　#ifndef _LCD_H_</p><p>　　#def

18、ine _LCD_H_</p><p>　　//LCD Module 16*2</p><p>　　#define lcd_write_cmd(base,data) IOWR(base, 0, data)</p><p>　　#define lcd_read_cmd(base) IORD(base, 1)</p><p&

19、gt;　　#define lcd_write_data(base,data) IOWR(base, 2, data)</p><p>　　#define lcd_read_data(base) IORD(base, 3)</p><p>　　//==========================</p><p>　　void LCD_

20、Init();</p><p>　　void LCD_Show_Text(char*Text);</p><p>　　void LCD_Line2();</p><p>　　void LCD_Test();</p><p>　　//=========================</p><p>　　#e

21、ndif //_LCD_H_</p><p>　　int year=2015;</p><p>　　int month=12;</p><p>　　int day=23;</p><p>　　int hour=11;</p><p>　　int minute=10;</p><p>　　int

22、second=21;</p><p>　　int selectkey=1;</p><p>　　int selectkeylr=1;</p><p><b>　　int ms=0;</b></p><p>　　int KEY=0;</p><p>　　int shift=0,con=0,step=

23、0;</p><p>　　//#include "basic_io.h"</p><p>　　volatile int edge_capture;</p><p>　　void LCD_Init()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　lcd_write

24、_cmd(LCD_BASE,0x38);</p><p>　　usleep(2000);</p><p>　　lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x0C);</p><p>　　usleep(2000);</p><p>　　lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x01);</p><p>　　u

25、sleep(2000);</p><p>　　lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x06);</p><p>　　usleep(2000);</p><p>　　lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x80);</p><p>　　usleep(2000);</p><p><b>　　

26、}</b></p><p>　　void LCD_Show_Text(char*Text)</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　int i;</b></p><p>　　for(i=0;i<strlen(Text);i++)</p>&

27、lt;p><b>　　{</b></p><p>　　lcd_write_data(LCD_BASE,Text[i]);</p><p>　　usleep(2000);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p>

28、<p>　　void LCD_Line1()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x80);</p><p>　　usleep(2000);</p><p><b>　　}</b></p><p&g

29、t;　　void LCD_Line2()</p><p><b>　　{</b></p><p>　　lcd_write_cmd(LCD_BASE,0xC0);</p><p>　　usleep(2000);</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//=

30、=========判斷按鍵=================</p><p>　　int push_button(void){</p><p>　　if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)==14) {while(1){if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)==15)break;}return 1;}</p><p>　　if(IORD(KEY_P

31、IO_BASE, 0)==13) {while(1){if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)==15)break;}return 2;}</p><p>　　if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)==11) {while(1){if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)==15)break;}return 3;}</p><p>　　if(IORD(KEY_PIO

32、_BASE, 0)==7) {while(1){if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)==15)break;}return 4;}</p><p>　　else return 0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　//==========判斷按鍵=================</p>&

33、lt;p>　　//==========修改時間=================</p><p>　　void modify(void)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(shift==2){//修改時間</p><p>　　if(con==0){hour+=step;if(hour

34、>=24||hour<0)hour=0;}</p><p>　　else if(con==1){minute+=step;if(minute>=60||minute<0) minute=0;}</p><p>　　else if(con==2){second +=step;if(second>=60||second<0) second=0;}</p

35、><p><b>　　}</b></p><p>　　if(shift==1){//修改date</p><p>　　if(con==0) {year+=step;if(year<0)year=0;}</p><p>　　else if(con==1){ month+=step;if(month>12||mont

36、h<0)month=0;}</p><p>　　else if(con==2) {day +=step;if(day>31||day<0)day=0;}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　step=0;</b></p><p><b>　

37、　}</b></p><p>　　//==========修改時間=================</p><p>　　int main()</p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　while(1){</b></p><p>　　if

38、(ms%10==0){</p><p>　　if(ms/10==1){//顯示</p><p>　　if(shift==1){ //date</p><p>　　if(con==0)//year</p><p>　　printf(" -%2d-%d\n",month,day);</p><p>

39、;　　if(con==1)//month</p><p>　　printf("%d- -%d\n",year,day);</p><p>　　if(con==2)//day</p><p>　　printf("%d-%2d- \n",year,month);</p><p>　　printf(&qu

40、ot;%d:%d:%2d\n",hour,minute,second); //time</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(shift==2){</p><p>　　printf("%d-%2d-%d\n",year,month,day);</p><p>　　

41、if(con==0)//hour</p><p>　　printf(" :%d:%2d\n",minute,second);</p><p>　　if(con==1)//minute</p><p>　　printf("%d: :%2d\n",hour,second);</p><p>　　if(c

42、on==2)//second</p><p>　　printf("%d:%d: \n",hour,minute);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　else {</b></p

43、><p>　　printf("%d-%2d-%d\n",year,month,day);</p><p>　　printf("%d:%d:%2d\n",hour,minute,second);</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b

44、></p><p>　　usleep(50000);</p><p><b>　　ms++;</b></p><p>　　if(ms==20){</p><p><b>　　ms=0;</b></p><p><b>　　second++;</b>

45、</p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(second==60){</p><p><b>　　minute++;</b></p><p><b>　　second=0;</b></p><p>　　if(minute==60)

46、{</p><p><b>　　minute=0;</b></p><p><b>　　hour++;</b></p><p>　　if(hour==24){</p><p><b>　　hour=0;</b></p><p><b>　　da

47、y++;</b></p><p>　　if(day==31){</p><p><b>　　day=1;</b></p><p><b>　　month++;</b></p><p>　　if(month==12){</p><p><b>　　mont

48、h=1;</b></p><p><b>　　year++;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b&g

49、t;　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　//=============檢測按鍵</p><p>　　KEY=push_button();</p><p>　　switch(KEY){</p><p>　　case 1: shift++;if(sh

50、ift>=3)shift=0; break;</p><p>　　case 2: step=1;break;</p><p>　　case 3: step=-1;break;</p><p>　　case 4: con++;if(con>=3)con=0; break;</p><p>　　default :break;</

51、p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　modify();</b></p><p>　　//=============檢測按鍵</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　return 0;</

52、b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　連接開發(fā)板，將文件下載到開發(fā)板，運行文件檢驗是否正確。</p><p>　　檢查錯誤并修改，知道結(jié)果正確。 </p><p>　　五、運行情況與問題分析</p><p>　　1、建立工程時，注意不能出現(xiàn)中文或者空格，且工程

53、名需與文件名一致，選定芯片；</p><p>　　2、在生成CPU硬件系統(tǒng)時，定義端口時，需注意設(shè)定端口輸入與輸出的位寬，需與程序定義的數(shù)值一致，否則運行溢出報錯，須修改；</p><p>　　3、建立圖形文件后，需進行編譯，出現(xiàn)錯誤得返回原理圖核對，找到錯誤修改后重新編譯；</p><p>　　4、進行引腳鎖定時，注意引腳文件的編寫，否則選擇引腳文件點擊Run后會

54、不成功，從而影響后面程序的調(diào)試；</p><p>　　5、當(dāng)日數(shù)為31時，調(diào)節(jié)月份日期不會隨機改變，就會出現(xiàn)4月31日等錯誤，加入程序段但是還是沒有完成跳變；</p><p>　　6、程序中閃爍程序段、跳變程序段不執(zhí)行，程序還需后續(xù)修改；</p><p><b>　　7、實物圖</b></p><p><b>

55、　　圖4.實物圖</b></p><p><b>　　六、結(jié)論</b></p><p>　　采用NIOSⅡ集成開發(fā)環(huán)境提供的快捷開發(fā)手段，在Cyclone 1C6Q240C8芯片上創(chuàng)建了一個用戶定制CPU和外設(shè)的片上系統(tǒng)，同時完成對液晶顯示器和LED的編程控制。整個系統(tǒng)充分體現(xiàn)了SOPC設(shè)計方法的靈活性，設(shè)計時只定制系統(tǒng)需要的外設(shè)器件接口，避免過多的外圍電

56、路和器件造成體積、功耗的增多和可靠性的下降。由于采用軟核結(jié)構(gòu)，方便系統(tǒng)的升級和擴展，而不必硬件改版，節(jié)約了成本，加快開發(fā)進度，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期。</p><p><b>　　七、心得體會</b></p><p>　　經(jīng)過本次SoPC課程設(shè)計實驗，使我對QuartusⅡ與NiosⅡDE2以及開發(fā)板的使用更加熟練，并且初步掌握了FPGA從理論設(shè)計到硬件開發(fā)的流程，詳細

57、了解了萬年歷的軟件設(shè)計跟硬件設(shè)計的整個過程。在課程設(shè)計的過程中，遇到了一些以前沒有出現(xiàn)過的問題，例如：課程設(shè)計指導(dǎo)書上的電路圖中多了一個引腳LCD_ON，這個引腳是不需要的，但是沒有檢查出來錯誤，導(dǎo)致開發(fā)板無法顯示時間，后來在老師的指導(dǎo)下，才知道了問題所在。萬年歷的程序的編寫也花費了很多時間，諸如此類的問題還有很多，后來在自己的努力和同學(xué)的幫助下完成了本次課程設(shè)計，從而使得自己的理論知識與實踐能力得到了提升，這次經(jīng)歷是大學(xué)中的一次寶貴的