1、 FPGA-CPLD原理及應用課程設計報告 題目： 萬年歷 學院: 信息與電子工程學院專業: 電子科學與技術學號: 姓名: 指導老師: 時間：2013-7-152013-7-2010一、摘要本文介紹了一種基于片上可編程系統(SOPC)設計萬年歷的方法。本次設計從系統硬件出發,由CPU，總線，RAM，外接設備等構成SOPC Builder的硬件系統，通過Nios II DE2開發的嵌入式軟件編寫并嵌入SOPC Builder的硬件中實現萬年歷的整體開發。通過應用SoPC Builder開發工具，設計者可以擺脫傳統的、易于出錯的軟硬件設計細節，從而達到加快項目開發、縮短開發周期、節約開發成本的目的

2、并具有高集成度、設計靈活和可移植性較好。關鍵詞：萬年歷 SOPC SOPC Builder Nios II DE2二、設計要求 用Nios II DE2 開發板的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BUTTON0來控制LCD行的修改，同時讓Nios II DE2開發板上的綠色發光二極管亮滅來表示這個選擇。當BUTTON0按一下后，LEDG3亮，可以修改年、月和日的數字；再按一下BUTTON0后，LEDG3滅，可以修改時、分和秒的數字。另外用輸入按鈕BUTTON3來控制日期和時間的修改，當處于日期修改方式時，每次按動一次BUTTON3

3、，依次更換“年”、“月”和“日”的修改。當處于時間修改方式時，每次按動一次BUTTON3，依次更換“時”、“分”和“秒”的修改。修改對象被選中后，按動BUTTON2輸入按鈕可以增加顯示的數字；按動BUTTON1輸入按鈕可以減少顯示的數字。三、設計內容1、按鍵信息BUTTON3：“年”、“月”、“日”或“時”、“分”、“秒”切換鍵BUTTON2：+鍵BUTTON1：-鍵BUTTON0：“年”、“月”、“日”與“時”、“分”、“秒”切換鍵顯示信息LCD_Line1：顯示“年”、“月”、“日” LCD_Line1：顯示“時”、“分”、“秒”2、SOPC Builder 硬件建立 SOPC Build

4、er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。3、Quartus II硬件處理 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。 4、Nios II DE2嵌入軟件編寫 在Nios II里建立工程，選擇相應的模塊，編寫需要嵌入的軟件，添加缺少的頭文件對應的宏定義，編譯工程，進行軟件下載，在觀察結果。四、設計步驟1、打開Quartus II新建工程2、打開SOPC Builde

5、r生成相應的硬件如圖所示 建立好后點擊Generate運行，看是否出錯,然后點擊exit退出。 3、調用剛才生成的硬件系統，在Quartus II中建立圖形文件，然后進行引腳鎖定。引腳鎖定引腳文件如下：#Setup.tcl#Setup pin settingset_global_assignment -name RESERVE_ALL_UNUSED_PINS "AS INPUT TRI-STATED"set_global_assignment -name ENABLE_INIT_DONE_OUTPUT OFFset_location_assignment PIN_N2 -t

6、o clkset_location_assignment PIN_V18 -to led3set_location_assignment PIN_W19 -to led2set_location_assignment PIN_AF22 -to led1set_location_assignment PIN_AE22 -to led0set_location_assignment PIN_W26 -to KEY3set_location_assignment PIN_P23 -to KEY2set_location_assignment PIN_N23 -to KEY1set_location_

7、assignment PIN_G26 -to KEY0set_location_assignment PIN_K4 -to LCD_RWset_location_assignment PIN_K3 -to LCD_ENset_location_assignment PIN_K1 -to LCD_RSset_location_assignment PIN_L4 -to LCD_ONset_location_assignment PIN_J1 -to LCD_DATA0set_location_assignment PIN_J2 -to LCD_DATA1set_location_assignme

8、nt PIN_H1 -to LCD_DATA2set_location_assignment PIN_H2 -to LCD_DATA3set_location_assignment PIN_J4 -to LCD_DATA4set_location_assignment PIN_J3 -to LCD_DATA5set_location_assignment PIN_H4 -to LCD_DATA6set_location_assignment PIN_H3 -to LCD_DATA7 然后進行編譯，在Quartus I下生成文件如下圖：4、 Nios II運行打開Nios II IDE2，建立工

9、程，選擇count_binary模塊，添加一個LCD.h的頂層文件。LCD.h的頂層文件為：#ifndef _LCD_H_#define _LCD_H_/LCD Module 16*2#define lcd_write_cmd(base,data) IOWR(base, 0, data)#define lcd_read_cmd(base) IORD(base, 1)#define lcd_write_data(base,data) IOWR(base, 2, data)#define lcd_read_data(base) IORD(base, 3)/=void LCD_Init();void

10、 LCD_Show_Text(char*Text);void LCD_Line2();void LCD_Test();/=#endif /_LCD_H_然后建立count_binary的C+文件。C+文件見附件。5、 連接開發板，將文件下載到開發板，運行文件檢驗是否正確。6、 檢查錯誤并修改，知道結果正確。五、運行情況與問題分析1、建立工程時，注意不能出現中文或者空格，且工程名需與文件名一致，選定芯片；2、在生成CPU硬件系統時，定義端口時，需注意設定端口輸入與輸出的位寬，需與程序定義的數值一致，否則運行溢出報錯，須修改；3、建立圖形文件后，需進行編譯，出現錯誤得返回原理圖核對，找到錯誤修改后

11、重新編譯；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后會不成功，從而影響后面程序的調試； 5、當日數為31時，調節月份日期不會隨機改變，就會出現4月31日等錯誤，加入程序段但是還是沒有完成跳變； 6、程序中閃爍程序段、跳變程序段不執行，程序還需后續修改。 六、結論采用NIOS集成開發環境提供的快捷開發手段，在EP4CE115F29C7N芯片上創建了一個用戶定制CPU和外設的片上系統，同時完成對液晶顯示器和LED的編程控制。整個系統充分體現了SOPC設計方法的靈活性，設計時只定制系統需要的外設器件接口，避免過多的外圍電路和器件造成體積、功耗的增多和可靠性的下降。由于采用軟

12、核結構，方便系統的升級和擴展，而不必硬件改版，節約了成本，加快開發進度，縮短了產品的開發周期。綜上所述，萬年歷的設計思想新穎獨特，有很多創新之處。 七、心得體會 經過本次SOPC課程設計實驗，使我更加熟悉了Quartus 與Nios DE2以及開發板的使用，熟練掌握了從理論設計到硬件開發的流程，了解了萬年歷通過編程實現的整個過程。從整個實驗實現的過程中，碰到一些以前未出現過的問題，在自己的努力以及同學、老師的幫助下，使自己的理論及操作水平有所提高，在此我要鄭重感謝指導老師。附 件C+程序代碼如下：/* * "Hello World" example. * * This ex

13、ample prints 'Hello from Nios II' to the STDOUT stream. It runs on * the Nios II 'standard', 'full_featured', 'fast', and 'low_cost' example * designs. It runs with or without the MicroC/OS-II RTOS and requires a STDOUT * device in your system's hardware.

14、* The memory footprint of this hosted application is 69 kbytes by default * using the standard reference design. * * For a reduced footprint version of this template, and an explanation of how * to reduce the memory footprint for a given application, see the * "small_hello_world" template.

15、 * */#include <stdio.h>#include "altera_avalon_pio_regs.h"#include "alt_types.h"#include "system.h"#ifndef _LCD_H_#define _LCD_H_/LCD Module 16*2#define lcd_write_cmd(base,data) IOWR(base, 0, data)#define lcd_read_cmd(base) IORD(base, 1)#define lcd_write_data(base

16、,data) IOWR(base, 2, data)#define lcd_read_data(base) IORD(base, 3)/=void LCD_Init();void LCD_Show_Text(char*Text);void LCD_Line2();void LCD_Test();/=#endif /_LCD_H_int year=2013;int month=7;int day=15;int hour=20;int minute=25;int second=30;int selectkey=1;int selectkeylr=1;int ms=0;int KEY=0;int s

17、hift=0,con=0,step=0;/#include "basic_io.h"volatile int edge_capture;void LCD_Init() lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x38); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x0C); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x01); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x06); usleep(2000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x80);

18、usleep(2000);void LCD_Show_Text(char*Text) int i; for(i=0;i<strlen(Text);i+) lcd_write_data(LCD_BASE,Texti); usleep(2000); void LCD_Line1() lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x80); usleep(2000);void LCD_Line2() lcd_write_cmd(LCD_BASE,0xC0); usleep(2000);/=判斷按鍵=int push_button(void) if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)=

19、14) while(1)if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)=15)break;return 1; if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)=13) while(1)if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)=15)break;return 2; if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)=11) while(1)if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)=15)break;return 3; if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)=7) while(1)if(IORD(KEY_PIO_BASE, 0)=15)break;return 4; el

20、se return 0;/=判斷按鍵=/=修改時間= void modify(void) if(shift=2)/修改時間 if(con=0)hour+=step;if(hour>=24|hour<0)hour=0; else if(con=1)minute+=step;if(minute>=60|minute<0) minute=0; else if(con=2)second +=step;if(second>=60|second<0) second=0; if(shift=1)/修改date if(con=0) year+=step;if(year<

21、;0)year=0; else if(con=1) month+=step;if(month>12|month<0)month=0; else if(con=2) day +=step;if(day>31|day<0)day=0; step=0; /=修改時間=int main()/* printf("%d-%2d-%dn",year,month,day); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x0f); usleep(1000000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x10); usleep(1000000); lcd

22、_write_cmd(LCD_BASE,0x10); usleep(1000000); lcd_write_cmd(LCD_BASE,0x03); usleep(1000000); lcd_write_data(LCD_BASE,'c'); */ while(1) if(ms%10=0) if(ms/10=1)/顯示 if(shift=1) /date if(con=0)/year printf(" -%2d-%dn",month,day); if(con=1)/month printf("%d- -%dn",year,day); if(con=2)/day printf("%d-%2d- n",year,month); printf("%d:%d:%2dn",hour,minute,second); /time i