基于PCF8591ADDA转换基于nios的PCF8591控制器设计与实现.docx
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基于PCF8591ADDA转换基于nios的PCF8591控制器设计与实现
成绩
指导教师
日期
张歆奕
2013-11-28
五邑大学实验报告
实验课程名称：
SOPC技术
院系名称：
信息工程学院
专业名称：
电子信息工程
实验名称：
基于nios的PCF8591
控制器设计与实现
班级学号：
报告人：
实验三基于nios的PCF8591控制器设计与实现
1、实验绪论
1、基于nios的设计特点
利用SOPCBuilder构建微处理器系统，包括NiosII以及各种外设的添加和配置。
利用IDE针对构建的硬件系建项目，编写应用程序。
利用HAL库等，程序设计与底层硬件无关。
NiosII系列软核处理器是Altera的第二代FPGA嵌入式处理器，其性能超过200DMIPS，在AlteraFPGA中实现仅需35美分。
Altera的Stratix、StratixGX、StratixII和Cyclone系列FPGA全面支持NiosII处理器，以后推出的FPGA器件也将支持NiosII。
用户指令开发人员可以在NiosⅡCPU核内增加硬件，用以执行复杂运算任务，为时序要求紧张的软件提供加速算法。
Altera的第二代32位软核RISC微处理器，NiosII以及所有外设以HDL源代码的方式提供，可用于所有的AlteraFPGA使用QuartusII集成综合工具进行综合。
2、基于nios的PCF8591控制器的设计内容和设计任务
（1）、设计任务
用VerilogHDL设计PCF8591控制器，带AVALON_MM接口和I2C接口，可用C控制DA和AD工作，并可控制其速率；用SOPCBuilder的组件编辑器把控制器加入为自定义组件；创建硬件工程和软件工程，编写C程序，采样模拟输入电压（0-5V），AD后送到LCD屏显示，并送到DA输出；创建硬件工程和软件工程，编写C程序，把0-255的数据发送到DA输出，观测Aout。
（2）、设计内容
PCF8591的复位状态，Addressbyte及其作用，Controlbyte及其作用，DAC的启动及其时序，ADC的启动及其时序，内部振荡器的设置与作用，ADC采样频率的控制，DAC速率的控制。
2、PCF8591的简介
1、PCF8591的功能与特点
PCF8591的功能包括多路模拟输入、内置跟踪保持、8-bit模数转换和8-bit数模转换。
PCF8591的最大转化速率由I²C总线的最大速率决定。
PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bitCMOS数据获取器件。
PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行I²C总线接口。
PCF8591的3个地址引脚A0,A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个I²C总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。
在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I²C总线以串行的方式进行传输。
PCF8591的操作电压范围2.5V-6V，单独供电。
低待机电流，通过I²C总线串行输入/输出，PCF8591通过3个硬件地址引脚寻址，PCF8591的采样率由I²C总线速率决定，4个模拟输入可编程为单端型或差分输入，能自动增量频道选择PCF8591的模拟，电压范围从VSS到VDD，PCF8591内置跟踪保持电路，PCF8591有8-bit逐次逼近A/D转换器。
2、PCF8591的内部框图接口
PCF8591内部框图接口
PCF8591引脚及接口图
3、PCF8591的时序要求
PCF8591的DA控制时序图
PCF8591的AD控制时序图
基于I2C的Bit传输
基于I2C的Startbit
三、PCF8591控制器的HDL设计
1、控制器的HDL设计与说明
根据PCF8591芯片介绍与ADDA原理图连接，如图所示：
控制器的HDL顶层设计图
2、控制器的HDL设计波形仿真图
控制器的HDL设计波形仿真图
4、基于nios的ADDA系统
1、控制器设为自定义组件
根据原理图及芯片的连接，将控制器设为自定义组件。
点击tools->sopcbuilder,打开SOPCBuilder；如图;
添加on-chipmemory，指定为rom，datawidth为32，memorysize为2K，其它采用默认值，如图；在SOPCBuilder中改名为on-chipmemory.
添加on-chipmemory，指定为ram，datawidth为32，memorysize为1K，其它采用默认值，如图；
添加niosprocessor,选定niosII/s内核，resetvector为on-chipmemory；exceptionvector为on-chipmemory；如图；
点击next，指定instructioncache为2KB；
点击next三次，到图5界面，指定JTAGDebugmode为level1；然后点击finish，完成niosprocessor的添加。
添加systemID内核，采用全部默认值，如图:
回到QII，双击原理图编辑器工作区，找到软核的框图，调入工作区，并与输入输出连接，如图；
2、nios系统框图
顶层设计图
3、设计的C程序及说明
（1）、AD三通道实验程序
#include
#include
#defineAddWr0x90//写数据地址
#defineAddRd0x91//读数据地址
codeunsignedchartable[]=
{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
//表：
共阳数码管0-9
unsignedcharl_posit=0;//显示位置
externbitack;
//引脚定义:
sbitkey1=P3^7;//定义按键1
sbitkey2=P3^6;//定义按键2
sbitkey3=P3^5;//定义按键3
sbitkey4=P3^4;//定义按键4
sbitkey5=P3^3;//定义按键5
sbitkey6=P3^2;//定义按键6
sbitSMG_q=P1^0;//定义数码管阳级控制脚（千位）
sbitSMG_b=P1^1;//定义数码管阳级控制脚（百位）
sbitSMG_s=P1^2;//定义数码管阳级控制脚（十位）
sbitSMG_g=P1^3;//定义数码管阳级控制脚（个位）
//函数声明:
voiddisplay（unsignedintda）;//定义显示函数，参数为显示内容
voiddelay（unsignedinttimer）;
unsignedcharReadADC（unsignedcharChl）;//从ADC通道读数据
voidmain（）
{
unsignedcharCHX=1;//作为通道选择
while
（1）{
if（key1==0）//按键1按下，选择通道0，即光敏电阻实验
CHX=0;
if（key2==0）//按键2按下，选择通道1，即热感电阻实验
CHX=1;
if（key3==0）//按键3按下，选择通道2，板子未连接设备，可连接外围设备
CHX=2;
if（key4==0）//按键4按下，选择通道3，即电位器调节实验
CHX=3;
//if（key5==0）{//按键5按下，
//}
//if（key6==0）{//按键6按下，
//}
display（（unsignedint）ReadADC（CHX））;//显示变量内容
delay（100）;
}
}
voiddisplay（unsignedintda）
{
P0=0XFF;//
da=da%10000;
switch（l_posit）{
case0:
//选择千位数码管，关闭其它位
SMG_q=0;
SMG_b=1;
SMG_s=1;
SMG_g=1;
P0=table[da/1000];//输出显示内容
break;
case1:
//选择百位数码管，关闭其它位
SMG_q=1;
SMG_b=0;
SMG_s=1;
SMG_g=1;
P0=table[da%1000/100];
break;
case2:
//选择十位数码管，关闭其它位
SMG_q=1;
SMG_b=1;
SMG_s=0;
SMG_g=1;
P0=table[da%100/10];
break;
case3:
//选择个位数码管，关闭其它位
SMG_q=1;
SMG_b=1;
SMG_s=1;
SMG_g=0;
P0=table[da%10];
break;
}
l_posit++;//每调用一次将轮流显示一位
if（l_posit>3）
l_posit=0;
}
voiddelay（unsignedinttimer）{
while（timer--）;
}
unsignedcharReadADC（unsignedcharChl）
{
unsignedcharVal;
IIC_start（）;//启动总线
IIC_write（AddWr）;//发送器件地址
if（ack==0）
return（0）;
IIC_write（0x40|Chl）;//发送器件子地址
if（ack==0）
return（0）;
IIC_start（）;
IIC_write（AddRd）;
if（ack==0）
return（0）;
Val=IIC_read（）;
IIC_ACK
（1）;//发送非应位
IIC_stop（）;//结束总线
return（Val）;
}
DA输出程序
#include
#include
#defineAddWr0x90//写数据地址
#defineAddRd0x91//读数据地址
//变量定义:
codeunsignedchartable[]=
{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
//表：
共阳数码管0-9
unsignedcharl_posit=0;//显示位置
externbitack;
//引脚定义:
sbitkey1=P3^7;//定义按键1
sbitkey2=P3^6;//定义按键2
sbitkey3=P3^5;//定义按键3
sbitkey4=P3^4;//定义按键4
sbitkey5=P3^3;//定义按键5
sbitkey6=P3^2;//定义按键6
sbitSMG_q=P1^0;//定义数码管阳级控制脚（千位）
sbitSMG_b=P1^1;//定义数码管阳级控制脚（百位）
sbitSMG_s=P1^2;//定义数码管阳级控制脚（十位）
sbitSMG_g=P1^3;//定义数码管阳级控制脚（个位）
//函数声明:
voiddisplay（unsignedintda）;//定义显示函数，参数为显示内容
voiddelay（unsignedinttimer）;
unsignedcharReadADC（unsignedcharChl）;//从ADC通道读数据
bitWriteDAC（unsignedchardat）;//往DAC通道写数据转换
//主函数，C语言的入口函数:
voidmain（）
{
unsignedcharDAT=150;//数据输出，LED灯亮度变化在150左右值为最佳效果
while
（1）{
if（key1==0）{//按键1按下，数据加1，并输出转换
DAT++;
WriteDAC（DAT）;
while（key1==0）;//等待按钮释放
}
if（key2==0）{//按键2按下，数据减1，并输出转换
DAT--;
WriteDAC（DAT）;
while（key2==0）;
}
//if（key3==0）{//按键3按下，
//}
//if（key4==0）{//按键4按下，
//}
//if（key5==0）{//按键5按下，
//}
//if（key6==0）{//按键6按下，
//}
display（DAT）;//显示变量内容
delay（100）;
}
}
//显示函数，参数为显示内容
voiddisplay（unsignedintda）
{
P0=0XFF;//
da=da%10000;
switch（l_posit）{
case0:
//选择千位数码管，关闭其它位
SMG_q=0;
SMG_b=1;
SMG_s=1;
SMG_g=1;
P0=table[da/1000];//输出显示内容
break;
case1:
//选择百位数码管，关闭其它位
SMG_q=1;
SMG_b=0;
SMG_s=1;
SMG_g=1;
P0=table[da%1000/100];
break;
case2:
//选择十位数码管，关闭其它位
SMG_q=1;
SMG_b=1;
SMG_s=0;
SMG_g=1;
P0=table[da%100/10];
break;
case3:
//选择个位数码管，关闭其它位
SMG_q=1;
SMG_b=1;
SMG_s=1;
SMG_g=0;
P0=table[da%10];
break;
}
l_posit++;//每调用一次将轮流显示一位
if（l_posit>3）
l_posit=0;
}
//延时子函数,短暂延时
voiddelay（unsignedinttimer）{
while（timer--）;
}
//读AD转值程序输入参数Chl表示需要转换的通道，范围从0-3返回值范围0-255
unsignedcharReadADC（unsignedcharChl）
{
unsignedcharVal;
IIC_start（）;//启动总线
IIC_write（AddWr）;//发送器件地址
if（ack==0）
return（0）;
IIC_write（0x40|Chl）;//发送器件子地址
if（ack==0）
return（0）;
IIC_start（）;
IIC_write（AddRd）;
if（ack==0）
return（0）;
Val=IIC_read（）;
IIC_ACK
（1）;//发送非应位
IIC_stop（）;//结束总线
return（Val）;
}
bitWriteDAC（unsignedchardat）
{
IIC_start（）;//启动总线
IIC_write（AddWr）;//发送器件地址
if（ack==0）
return（0）;
IIC_write（0x40）;//发送器件子地址
if（ack==0）
return（0）;
IIC_write（dat）;//发送数据
if（ack==0）
return（0）;
IIC_stop（）;
}
DA波形输出
#include
#include
#defineAddWr0x90//写数据地址
#defineAddRd0x91//读数据地址
//变量定义:
codeunsignedchartable[]=
{0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90};
//表：
共阳数码管0-9
unsignedcharl_posit=0;//显示位置
externbitack;
//引脚定义:
sbitkey1=P3^7;//定义按键1
sbitkey2=P3^6;//定义按键2
sbitkey3=P3^5;//定义按键3
sbitkey4=P3^4;//定义按键4
sbitkey5=P3^3;//定义按键5
sbitkey6=P3^2;//定义按键6
sbitSMG_q=P1^0;//定义数码管阳级控制脚（千位）
sbitSMG_b=P1^1;//定义数码管阳级控制脚（百位）
sbitSMG_s=P1^2;//定义数码管阳级控制脚（十位）
sbitSMG_g=P1^3;//定义数码管阳级控制脚（个位）
//函数声明:
voiddisplay（unsignedintda）;//定义显示函数，参数为显示内容
voiddelay（unsignedinttimer）;
unsignedcharReadADC（unsignedcharChl）;//从ADC通道读数据
bitWriteDAC（unsignedchardat）;//往DAC通道写数据转换
//主函数，C语言的入口函数:
voidmain（）
{
unsignedcharDAT=150;//数据输出
while
（1）{
if（key1==0）{//按键1按下，方波处理，LED灯保持一个亮度
while（key6）{//长按6键退出
WriteDAC（0）;
delay（500）;
WriteDAC（250）;
delay（500）;
}
}
if（key2==0）{//按键2按下，锯齿波处理，LED灯从暗到亮变化
while（key6）{//长按6键退出
for（DAT=0;DAT<255;DAT++）{
WriteDAC（DAT）;
delay（500）;
}
}
}
if（key3==0）{//按键3按下，三角波处理，LED灯从暗到亮再从亮到暗变化
while（key6）{//长按6键退出
for（DAT=0;DAT<255;DAT++）{
WriteDAC（DAT）;
delay（500）;
}
for（DAT=255;DAT>0;DAT--）{
WriteDAC（DAT）;
delay（500）;
}
}
}
//if（key4==0）{//按键4按下，
//}
//if（key5==0）{//按键5按下，
//}
//if（key6==0）{//按键6按下，
//}
display（0）;//数码管显示0000表示退出状态
delay（100）;
}
}
//显示函数，参数为显示内容
voiddisplay（unsignedintda）
{
P0=0XFF;//
da=da%10000;
switch（l_posit）{
case0:
//选择千位数码管，关闭其它位
SMG_q=0;
SMG_b=1;
SMG_s=1;
SMG_g=1;
P0=table[da/1000];//输出显示内容
break;
case1:
//选择百位数码管，关闭其它位
SMG_q=1;
SMG_b=0;
SMG_s=1;
SMG_g=1;
P0=table[da%1000/100];
break;
case2:
//选择十位数码管，关闭其它位
SMG_q=1;
SMG_b=1;
SMG_s=0;
SMG_g=1;
P0=table[da%100/10];
break;
case3:
//选择个位数码管，关闭其它位
SMG_q=1;
SMG_b=1;
SMG_s=1;
SMG_g=0;
P0=table[da%10];
break;
}
l_posit++;//每调用一次将轮流显示一位
if（l_posit>3）
l_posit=0;
}
//延时子函数,短暂延时
voiddelay（unsignedinttimer）{
while（timer--）;
}
//读AD转值程序输入参数Chl表示需要转换的通道，范围从0-3返回值范围0-255
unsignedcharReadADC（unsignedcharChl）
{
unsignedcharVal;
IIC_start（）;//启动总线
IIC_write（AddWr）;//发送器件地址
if（ack==0）
return（0）;
IIC_write（0x40|Chl）;//发送器件子地址
if（ack==0）
return（0）;
IIC_start（）;
IIC_write（AddRd）;
if（ack==0）
return（0）;
Val=IIC_read（）;
IIC_ACK
（1）;//发送非应位
IIC_stop（）;//结束总线
return（Val）;
}
//往DAC通道写数据转换
bitWriteDAC（unsignedchardat）
{
IIC_start（）;//启动总线
IIC_write（AddWr）;//发送器件地址
if（ack==0）
return（0）;
IIC_write（0x40）;//发送器件子地址
if（ack==0）
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