SOPC课程设计(大型作业)任务书.doc

上 海 电 力 学 院课程设计（大型作业）任务书（2009 /2010 学年第 二 学期）课程名称 SOPC课程设计 课程代码 1307132 院（系） 计信学院 专 业 电子信息工程 班 级 学 生 时 间 19/20周 一、 设计目的本课程的授课对象是电子信息工程专业本科生，是电子类专业的一门重要的实践课程，是理论与实践相结合的重要环节。本课程作为SOPC技术与应用的后续实践课程，有助于增强学生对SOPC技术的理解，掌握SOPC设计方法及调试能力，为今后从事现代电路设计与调试工作打下扎实的基础。二、 设计内容、要求及组织形式本课程要求学生在掌握FPGA技术和SOPC技术的基础上，以QuartusII、SOPC Builder和Nios II IDE等软件为工具，分别完成SOPC的硬件模块设计和软件模块设计。设计题目：LCD日历电子钟、多功能数字钟、交通信号灯和抢答器。采用一人一题的方式，课堂形式则采用讲授与上机相结合。三、 设计进度安排（时间及地点）地点：计信学院实验室304 时间：19-20周第1天 分析各设计的工作原理、设计目的 第2天 硬件模块设计第3天 软件流程图设计，整理设计思路第4天 对软件模块进行划分第5-8天 完成模块的代码编写、调试、运行第9天 报告撰写第10天 答辩下面给出四个任务的具体要求。 任务一： LCD日历电子钟1实验任务及要求（1）日历电子钟的显示：用NiosII DE2开发板实现电子钟功能。用LCD显示电子钟的日期和时间。LCD分两行显示，第一行显示年、月和日（如：20090201）；第二行显示时、分和秒（如16:20:30）。（2）日历电子钟的修改：用输入按钮KEY0来控制LCD行修改，同时让DE2板上的绿色发光二级管LEDG3的亮与灭来表示这个选择。当KEY0按下一次后，LEDG3亮，可以修改年、月和日的数字；再按一次KEY0后，LEDG3灭，可以修改时、分和秒的数字。另外用输入按钮KEY3来控制日期和时间的修改，当处于日期修改方式时，每按动一次KEY3按钮，依次更换“年”、“月”和“日”的修改。当处于时间修改方式时，每按动一次KEY3按钮，依次更换“时”、“分”和“秒”的修改。修改对象被选中后，按动KEY2输入按钮可以增加显示的数字；按动KEY1输入按钮可以减少显示的数字。2实验原理SOPC的硬件模块包括：处理器：Nios II存储器：SDRAMPIO：LEDG、KEY显示：LCD定时器：Timer（20ms）调试口：JTAG UART软件模块的设计进程可分为以下几个步骤：（1） 电子钟功能的实现。可通过定时器定时1s“秒”加1，依次对“分”、“时”加1，实现简单的电子钟功能。（2） 日历的实现。在上述电子钟的基础上，每24个小时“日”加1，依次对“月”和“年”加，实现日历的功能。（3） LCD显示。将上述时间与日期显示在LCD上。（4） 时间和日期的调整。在程序中需要加入按键中断程序，通过判断按键值按要求实现相应的功能。3实验报告要求（1）画出（或打印出）硬件电路图。 （2） 画出（或打印出）程序流程图。 （3） 解释程序中各部分的功能。 （4）书写实验报告时应结构合理, 层次分明。任务二： 多功能数字钟1实验任务及要求（1）主体功能设计一个多功能数字钟，包含以下主要功能：1.计时及校时，时间12小时制显示2.秒表：启动/停止/保持显示/清除4.闹钟：设定闹钟时间，整点提示（2）输入输出界面输入：4个Key输出：8位7段码，8个LED4个按键从左到右为：Key3、key2、Key1，Key0，功能在不同模式下定义不同： Key0：显示模式键；Key1：时间、闹钟模式下的设置选择键或秒表模式下的取时间键；Key2：时间、闹钟设置时所调对象加1或秒表模式下的开始/停止键；Key3：复位键。8位7段码从左到右编号为7-0 76543210两个LED分别指示闹钟与整点提示的开关状态。（3）详细功能及状态描述：总体分四种模式，由Key3切换l 时间显示模式：初始状态为12小时制显示当前时间：小时(7-6位)/分(5-4位)/秒(3-2位)，（1-0位）不显。当按下key1时，可以进行时、分设置选择。按Key1进行调节对像选择顺序如下表：Key1-调整小时Key1-调整分Key1-不调整-调整小时Key1-调整分Key1-闹钟开关Key1-整点提示开关Key1-不调整-选择好调整对象（时、分）后，按Key2一下，所调对像加1；选择闹钟开关或整点提示开关设置时，按下key2后，开关状态取反。按Key3(ModeKey)回到时间显示模式。2实验原理SOPC的硬件模块包括：处理器：Nios II存储器：SDRAMPIO：LEDG、KEY显示：7段码、LCD定时器：Timer（20ms）调试口：JTAG UART软件模块的设计进程可分为以下几个步骤：（1）按键接口模块功能：判断按键输入值，从而作出相应的动作。主要是通过按键中断来实现的。（2）时钟、秒表计时模块：时钟每秒加1，主要是通过定时器每秒定时完成的。（3）模式切换模块：通过按键切换当前模式及设置选择。（4）时钟、秒表校时模块：根据模式和设置选择的不同，对各时间部分进行计数及设置（5）显示控制模块控制不同模式下显示不同的内容，以及调节时闪烁显示。3实验报告要求（1）画出（或打印出）硬件电路图。 （2） 画出（或打印出）程序流程图。 （3） 解释程序中各部分的功能。 （4）书写实验报告时应结构合理, 层次分明。任务三： 交通信号灯1实验任务及要求（1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。（2）当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。（3）主支干道交替允许通行，主干道每次放行45s、支干道25s。设计45s和25s计时显示电路。主干道在通行45s后，若支干道无车，则主干道的绿灯继续亮，直到支干道有车，绿灯才开始交替。（4）在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，设置5s计时显示电路。（5）输入输出界面输入： 1个开关SW输出：8位7段码1个开关SW表示支干道上是否有车 8位7段码从左到右编号为7-0 76543210通行时间倒计时时间显示在（1-0位）。2实验原理SOPC的硬件模块包括：处理器：Nios II存储器：SDRAMPIO：LEDG、SW显示：7段码定时器：Timer（20ms）调试口：JTAG UART支干道是否有车辆到来可利用传感器进行检测，本设计用开关代替；有车到来，开关闭合（sw1），反之，开关断开（sw0）。根据设计要求，各信号灯的工作顺序流程图如下图所示。四个路口均设有红、黄、绿三色信号灯和用于计数的两位数码管显示的十进制计数器。3实验报告要求（1）画出（或打印出）硬件电路图。 （2） 画出（或打印出）程序流程图。 （3） 解释程序中各部分的功能。 （4）书写实验报告时应结构合理, 层次分明。任务四： 抢答器1实验任务及要求(1)抢答器可容纳四组12位选手，每组设置一个抢答按钮供选手使用。 (2)电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位后，灯闪烁提示抢答开始，时显示器显示初始时间并开始倒计时，若参赛选手按抢答按钮，则该组指示灯亮并用组别显示器显示选手的组别。此时，电路具备自锁功能，使其它抢答按钮不起作用。 (3)如果无人抢答，计时器倒计时到零，主持人可以按复位键，开始新一轮的抢答。 (4)设置犯规功能。选手在主持人按开始键之前抢答，则认为犯规，犯规指示灯亮和显示出犯规组号，主持人可以终止抢答执行相应惩罚。 (5)抢答器设置抢答时间选择功能。为适应多种抢答需要，系统设有10秒、15秒、20秒和3O秒四种抢答时间选择功能 。 （6）输入输出界面输入：4个按键Key、4个开关SW输出：8位7段码4个按键从右到左为：Key0、key1、Key2，Key3；代表4位选手，只要检测到1位选手按下按键则关闭按键中断，其他按键按下无效。4个开关SW从右到左为：SW0、SW1、SW2、SW3；功能在不同模式下定义不同： SW0：复位秒表计时，抢答暂时处于暂停状态，如果此时有人按下Key则意味着犯规，其相应分值减1；SW1：选择抢答时间的设置值，分别为10秒、15秒、20秒和3O秒四种抢答时间；SW2：所有选手的分数值清零键；SW3：主持人的开始键，当主持人按下该键则抢答开始。8位7段码从左到右编号为7-0 765432104位选手的分值分别显示在（3-0位）；秒表的倒计时时间显示在（5-4位）2实验原理SOPC的硬件模块包括：处理器：Nios II存储器：SDRAMPIO：LEDG、KEY、SW显示：7段码定时器：Timer（20ms）调试口：JTAG UART软件模块包括以下几部分：（1）主持人控制模块在抢答比赛开始前，主持人可通过SW2将选手的分数全部清零；然后，通过SW1选择抢答时间的设置值可以是10秒、15秒、20秒和3O秒4档，设置的时间可同时显示在7段码（5-4位）；上述值全部设定完成后，通过SW3抢答开始；如果要进行新一轮的抢答则按下SW3重新开始。（2）选手抢答模块4位选手可以通过按下相应的Key进行抢答，程序中可通过按键中断来判断是哪个按键按下，一旦判断到有按键按下则关闭按键中断，其他按键将不再起作用。（3）定时模块定时模块是通过定时器完成的，当主持人按下开始键后，秒表计时开始倒计时；当时间减到0时，没有选手按下按键，则本次抢答无效，重新