SOPC课程设计——模拟十字路口交通灯.doc

SOPC设计与应用实验课程设计报告 学 院：机械与电子工程学院 专 业：电子科学与技术 班 级：10206301 学 号：1020630126 姓 名： 陈英文 指导老师： 邓文娟 2013年6月22日 一、实验简介 实验其他成员：华浩荣、蒋顺风、周利强、张瑜 组长：华浩荣 我做的模块是12个交通灯的循环点亮，红灯、绿灯亮10秒，黄灯亮5秒。实验报告重点介绍这部分内容，其它的简写。 本实验是基于ZY11203G EDA/SOPC创新实验开发系统做出来的。 1.实验平台介绍 电源模块 下载接口模块 数码显示模块 LED 显示模块 液晶显示模块 拨码开关模块 按键模块 扬声器模块 配置芯片 VGA、PS2接口模块 核心功能模块 串口模块2. 主要用到的模块介绍 2.1 下载接口模块 该模块为Altera 的CPLD/FPGA 器件的下载模块，该下载电路为JTAG 形式，因此还能对AS方式的配置芯片EPCSx 进行下载。2.2 数码显示模块 数码显示模块由八个七段数码管和八个74HC595D 芯片，构成串并转换显示结构，以实现串行数据到并行数据的转换，并将该并行数据送入相应的数码管段。八个数码管为共阴数码管（段码为高电平时，点亮数码管），数码管结构如下图所示：2.3 LED段显示模块 12位发光二极管用于输出显示，输出高电平时发光二极管点亮。2.4、核心功能模块介绍主板模块的核心芯片采用Altera 公司cyclone 系列的EP1C12Q240C8；flash 存储器采用AM29LV065DU（8M8bit）；SRAM 存储器采用CY7C1041CV33（256K16bit）；AS 配置芯片为EPCS4（4M）；同时给出两个钟振作为时钟源；数据地址总线采用高精度连接器与外部连接，以保证用户对Nios 二次开发的需要。实验平台右侧的双排直插针用于连接开发板，用户也可自行设计开发扩展模块。二、实验要求及原理1.实验要求 设计并制作一个交通灯控制电路，要求如下： 1、东西南北方向分别设置红黄绿3个指示灯，东西方向和南北方向用1个数码管显示通行时间； 2、要求东西方向和南北方向的数码管显示通行时间并倒计时；每当倒计时时间到，完成红黄绿指示灯的状态切换，其中红灯、绿灯各亮10秒，黄灯5秒（开始本来是红灯、绿灯60秒、黄灯5秒的，由于只是模拟的和时间关系作出了调整）。模拟实现十字路口的交通灯管理控制。2实验的整个流程图黄灯亮并计时初始化液晶初始化变量开始主循环开始绿灯亮并计时结束红灯亮并计时3交通灯的点亮3.1 思路：参考流水灯实验，将流水灯实验中4个流水灯点亮改为让12个交通灯点亮，先绿灯亮10秒，再黄灯亮5秒，再红灯亮10秒，最后黄灯再亮5秒。3.2 实验原理 由于对交通灯的控制受选通端控制，所以要开放选通，让cs138和D2接高电平，D3、D1接底电平。模块的整个流程如下所示： 在QUARTUS II 中建立工程 用SOPC BUILDER建立NIOS系统模块 在QUARTUS II 中的图形编辑界面中进行管脚连接、锁定工作 编译工程后下载到FPGA中 在NIOS II IDE中根据硬件建立软件工程 编译后，经过简单设置下载到FPGA中进行调试、验证。 三、实验步骤 硬件部分设计 1. 在自己的文件目录下（如E:led）建立一个led_12文件夹，然后在QUARTUS II 中新建工程，把工程放在已创的目录下。2. 点击New Project Wizard菜单中的Next，选择芯片为Cyclone系列的EP1C12Q240C8。3点击Quartus II 界面第一行工具栏中的SOPC Builder工具，新建系统为nios_led_12.3. 在左边元件池中选择元件：这个设计工程需要使用Nios 32Bit CPU、调试串口jtag_uart 、位宽为12位的led_pio、RAM4生成系统模块： 选择System Generation栏，如图2-12所示。 在System Generation中选中HDL选项，如果安装了Modelsim软件并需要仿真设计，可以选择Simulation选项。图2-12 生成CPU点击窗口下方Generate按钮，SOPC Builder根据用户设定不同，在系统生成过程中所执行的操作不同。系统生成后点击“Exit”退出SOPC Builder5创建顶层文件： 将刚才生成的模块以图标形式添加到BDF文件中：在SOPC Builder生成的过程中，会生成系统模块的图标（Symbol），可以将该图标像其它Quartus II图标一样添加到当前项目的BDF文件中。步骤如下：单击New 按钮，弹出如下图2-13所示的对话框。图2-13 加入原理图输入文件 选择Block Diagram/Schematic File，如图2-13所示，点击OK；连好的原理图如下所示： 6. 锁定管脚：新建引脚锁定命令文件，File-New - Other Files - Tcl Script File， 引脚锁定文件#Setup.tcl#Setup pin settingset_global_assignment -name RESERVE_ALL_UNUSED_PINS AS INPUT TRI-STATEDset_global_assignment -name ENABLE_INIT_DONE_OUTPUT OFFset_location_assignment PIN_153 -to clkset_location_assignment PIN_200 -to rstset_location_assignment PIN_42 -to LT11set_location_assignment PIN_23 -to LT10set_location_assignment PIN_20 -to LT9set_location_assignment PIN_18 -to LT2set_location_assignment PIN_16 -to LT1set_location_assignment PIN_14 -to LT0set_location_assignment PIN_12 -to LT3set_location_assignment PIN_8 -to LT4set_location_assignment PIN_6 -to LT5set_location_assignment PIN_4 -to LT6set_location_assignment PIN_2 -to LT7set_location_assignment PIN_240 -to LT8set_location_assignment PIN_44 -to CS138set_location_assignment PIN_46 -to D3set_location_assignment PIN_48 -to D2set_location_assignment PIN_50 -to D1然后选择Tools - Tcl Scripts,会弹出如图2-19所示的对话框，选择Tcl_script1.tcl，然后点击RUN，管脚约束与锁定就会自动加入了。7. 配置FPGA：接上实验板电源、连上USB下载线，将编译生成的SOF文件下载到目标板上，选择Tools- Programmer目标文件夹下载，选择USB-Blaster模式，通过JTAG口对FPGA进行配置. 软件部分设计 1.选择好工作环境路径。2.选择菜单File - New - Project，会弹出如下图2-22所示对话框：图2-22 添加新工程3. 选择C/C+ Application，如上图所示，点击Next，会弹出图2-23所示对话框：图2-23 选择现有工程实例4. 在Select Project Template中选择LED_12；在SOPC Builder System中选择我们刚才建立好的工程，CPU栏会自动选择，如上图所示，点击Finish，系统会自动生成一个循环点亮LED的软件工程。软件工程的编译#includesystem.h#includealtera_avalon_pio_regs.h#include alt_types.hint main(void)_attribute_(weak,alias(alt_main);int alt_main(void) alt_u8 led=0x0; while(1) IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x030c); Usleep(10000000); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x0492); Usleep(5000000); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x0861); Usleep(10000000); IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x0492); Usleep(5000000); i=0;While(i run as-Nios Instruction Set Simulator.可以看到12个交通灯中，先绿灯亮10秒，再黄灯亮5秒，再红灯亮10秒，最后再黄灯亮5秒。四、实验总结通过本次设计，培养自己综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力，并获得科学研究的基础训练，加深对软件的了解；熟悉各个引脚的功能，工作方式，计数/定时，I/O口，等相关原理，巩固学习SOPC的相关内容知识。在这次设计过程中，从中发现自己平时学习的不足和薄