FPGA-CPLD原理及应用课程万年历设计报告

FPGA-CPLD原理及应用课程设计报告 题目： 万年历设计 学院: 信息与电子工程学院专业: 电子信息工程学号: XXXXXXXX姓名: XXXXXX 指导老师: XXXXXX时间： 2015.12.20-2015.12.238山东工商学院 课程设计报告一、摘要设计从系统硬件出发,由CPU、总线、RAM、外接设备等构成SOPC Builder的硬件系统，通过Nios II DE2开发的嵌入式软件编写并嵌入SOPC Builder的硬件中实现万年历的整体开发。通过应用SoPC Builder开发工具，设计者可以摆脱传统的、易于出错的软硬件设计细节，从而达到加快项目开发、缩短开发周期、节约开发成本的目的并具有高集成度、设计灵活和可移植性较好。关键词：万年历 SOPC SOPC Builder Nios II DE2二、设计要求 用Nios II DE2 开发板的LCD显示电子钟的日期和时间。LCD分两行显示，第1行显示年、月、日；第2行显示时、分、秒。用输入BUTTON0来控制LCD行的修改，同时让Nios II DE2开发板上的绿色发光二极管亮灭来表示这个选择。当BUTTON0按一下后，LEDG3亮，可以修改年、月和日的数字；再按一下BUTTON0后，LEDG3灭，可以修改时、分和秒的数字。另外用输入按钮BUTTON3来控制日期和时间的修改，当处于日期修改方式时，每次按动一次BUTTON3，依次更换“年”、“月”和“日”的修改。当处于时间修改方式时，每次按动一次BUTTON3，依次更换“时”、“分”和“秒”的修改。修改对象被选中后，按动BUTTON2输入按钮可以增加显示的数字；按动BUTTON1输入按钮可以减少显示的数字。三、设计内容1、按键信息BUTTON3：“年”、“月”、“日”或“时”、“分”、“秒”切换键BUTTON2：+键BUTTON1：-键BUTTON0：“年”、“月”、“日”与“时”、“分”、“秒”切换键显示信息LCD_Line1：显示“年”、“月”、“日” LCD_Line1：显示“时”、“分”、“秒”2、SOPC Builder 硬件建立 SOPC Builder是在Quartus II里的SOPC Builder进行的，先建立工程，在SOPC Builder里添加硬件，包括CPU ，jtag_uart ，RAM，LCD，PIO，按键，LED，以及LCD_ON。3、Quartus II硬件处理 硬件会自动建立一个顶层模块，通过建一个原理图来对对应的硬件进行输入输出的添加，再锁定引脚，编译工程，硬件下载。4、Nios II DE2嵌入软件编写在Nios II里建立工程，选择相应的模块，编写需要嵌入的软件，添加缺少的头文件对应的宏定义，编译工程，进行软件下载，在观察结果。四、设计步骤1、打开Quartus II新建工程2、打开SOPC Builder生成相应的硬件如图所示图1.SoPC配置 建立好后点击Generate运行，看是否出错,然后点击exit退出。 3、在Quartus II中建立图形文件，调用刚才生成的硬件系统，然后进行引脚配置。引脚配置图如下：图2.引脚配置然后进行编译，生成文件如下图：图3.顶层电路4、 Nios II运行 打开Nios II IDE2，建立工程，选择count_binary模块，添加一个LCD.h的顶层文件。LCD.h的顶层文件为：#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 LCD_Show_Text(char*Text);void LCD_Line2();void LCD_Test();/=#endif /_LCD_H_C语言程序代码为：#include #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,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=2015;int month=12;int day=23;int hour=11;int minute=10;int second=21;int selectkey=1;int selectkeylr=1;int ms=0;int KEY=0;int shift=0,con=0,step=0;/#include basic_io.hvolatile 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); usleep(2000);void LCD_Show_Text(char*Text) int i; for(i=0;i=24|hour=60|minute=60|second0) second=0; if(shift=1)/修改date if(con=0) year+=step;if(year12|month31|day=3)shift=0; break; case 2: step=1;break; case 3: step=-1;break; case 4: con+;if(con=3)con=0; break; default :break; modify();/=检测按键 return 0;5、 连接开发板，将文件下载到开发板，运行文件检验是否正确。6、 检查错误并修改，知道结果正确。 五、运行情况与问题分析1、建立工程时，注意不能出现中文或者空格，且工程名需与文件名一致，选定芯片；2、在生成CPU硬件系统时，定义端口时，需注意设定端口输入与输出的位宽，需与程序定义的数值一致，否则运行溢出报错，须修改；3、建立图形文件后，需进行编译，出现错误得返回原理图核对，找到错误修改后重新编译；4、进行引脚锁定时，注意引脚文件的编写，否则选择引脚文件点击Run后会不成功，从而影响后面程序的调试；5、当日数为31时，调节月份日期不会随机改变，就会出现4月31日等错误，加入程序段但是还是没有完成跳变；6、程序中闪烁程序段、跳变程序段不执行，程序还需后续修改；7、实物图图4.实物图六、结论采用NIOS集成开发环境提供的快捷开发手段，在Cyclone 1C6Q240C8芯片上创建了一个用户定制CPU和外设的片上系统，同时完成对液晶显示器和LED的编程控制。整个系统充分体现了SOPC设计方法的灵活性，设计时只定制系统需要的外设器件接口，避免过多的外围电路和器件造成体积、功耗的增多和可靠性的下降。由于采用软核结构，方便系统的升级和扩展，而不必硬件改版，节约了成本，加快开发进度，缩短了产品的开发周期。七、心得体会经过本次SoPC课程设计实验，使我对Quartus与NiosDE2以及开发板的使用更加熟练，并且初步掌握了FPGA从理论设计到硬件开发的流程，详细了解了万年历的软件设计跟硬件设计的整个过程。在课程设计的过程中，遇到了一些以前没有出现过的问题，例如：课程设计指导书上的电路图中多了一个引脚LCD_ON，这个引脚是不需要的，但是没有检查出来错误，导致开发板无法显示时间，后来在老师的指导下，才知道了问题所在。万年历的程序的编写也花费了很多时间，诸如此类的问题还有很多，后来在自己的努力和同学的帮助下完成了本次课程设计，从而使得自己的理