FPGA万年历报告.docx
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FPGA万年历报告
FPGA-CPLD原理及应用课程设计报告
题目：
基于SOPC设计万年历
一、摘要
设计从系统硬件出发,由CPU、总线、RAM、外接设备等构成SOPCBuilder的硬件系统，通过NiosIIDE2开发的嵌入式软件编写并嵌入SOPCBuilder的硬件中实现万年历的整体开发。
通过应用SoPCBuilder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SOPCSOPCBuilderNiosIIDE2
二、设计要求
用NiosIIDE2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BUTTON[0]来控制LCD行的修改，同时让NiosIIDE2开发板上的绿色发光二极管亮灭来表示这个选择。
当BUTTON[0]按一下后，LEDG3亮，可以修改年、月和日的数字；再按一下BUTTON[0]后，LEDG3灭，可以修改时、分和秒的数字。
另外用输入按钮BUTTON[3]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BUTTON[3]，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BUTTON[3]，依次更换“时”、“分”和“秒”的修改。
修改对象被选中后，按动BUTTON[2]输入按钮可以增加显示的数字；按动BUTTON[1]输入按钮可以减少显示的数字。
三、设计内容
1、按键信息
BUTTON[3]：
“年”、“月”、“日”或“时”、“分”、“秒”切换键
BUTTON[2]：
+键
BUTTON[1]：
-键
BUTTON[0]：
“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、SOPCBuilder硬件建立
SOPCBuilder是在QuartusII里的SOPCBuilder进行的，先建立工程，在SOPCBuilder里添加硬件，包括CPU，jtag_uart，RAM，LCD，PIO，按键，LED，以及LCD_ON。
3、QuartusII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、NiosIIDE2嵌入软件编写
在NiosII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QuartusII新建工程
2、打开SOPCBuilder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、调用刚才生成的硬件系统，在QuartusII中建立图形文件，然后进行引脚锁定。
引脚锁定引脚文件如下：
然后进行编译，在QuartusI下生成文件如下图：
图2.顶层电路
4、NiosII运行
打开NiosIIIDE2，建立工程，选择count_binary模块，添加一个LCD.h的顶层文件。
在此写出C语言程序代码。
/*
*"HelloWorld"example.
*
*Thisexampleprints'HellofromNiosII'totheSTDOUTstream.Itrunson
*theNiosII'standard','full_featured','fast',and'low_cost'example
*designs.ItrunswithorwithouttheMicroC/OS-IIRTOSandrequiresaSTDOUT
*deviceinyoursystem'shardware.
*Thememoryfootprintofthishostedapplicationis~69kbytesbydefault
*usingthestandardreferencedesign.
*
*Forareducedfootprintversionofthistemplate,andanexplanationofhow
*toreducethememoryfootprintforagivenapplication,seethe
*"small_hello_world"template.
*
*/
//key0列选择key1-key2+key3选择某一行
#include
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
#include"alt_types.h"
#include"system.h"
#include
#include
#include
#include"LCD.h"
intyear=2014;
intmonth=06;
intday=21;
inthour=8;
intminute=20;
intsecond=30;
intselectkey=1;
intselectkeylr=1;
intKEY=0;
intshift=0,con=0,step=0;
intflag;
voidLCD_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）;
}
voidLCD_Show_Text（char*Text）
{
inti;
for（i=0;i{
lcd_write_data（LCD_BASE,Text[i]）;
usleep（2000）;
}
}
voidLCD_Line1（）
{
lcd_write_cmd（LCD_BASE,0x80）;
usleep（2000）;
}
voidLCD_Line2（）
{
lcd_write_cmd（LCD_BASE,0xC0）;
usleep（2000）;
}
//==========判断按键=================
intpush_button（void）
{
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）!
=15）
{
usleep（100）;
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==14）//key3
{
printf（"shiftrow"）;
usleep（100）;
printf（"\n\n"）;
while
（1）
{
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==15）break;
flag=1;
}
return1;
}//没按下的时候退出
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==13）
{
printf（"+"）;
usleep（100）;
printf（"\n\n"）;
while
（1）
{
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==15）break;
flag=1;
}
return2;
}//key2
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==11）
{
printf（"-"）;
usleep（100）;
printf（"\n\n"）;
while
（1）
{
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==15）
flag=1;
break;
}
return3;
}//key1
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==7）
{
printf（"shiftlist"）;
usleep（100）;
printf（"\n\n"）;
while
（1）
{
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==15）
flag=1;break;
}
return4;
}//key0
elsereturn0;
}
//==========判断按键=================
//==========修改时间=================
voidmodify（void）
{
if（shift==2）
{//修改时间
if（con==0）
{
hour+=step;
if（hour>24|hour<=0）
{
hour=0;
}
if（flag）
{
printf（"%d-%2d-%d\n",year,month,day）;
printf（"_:
%d:
%2d",minute,second）;
printf（"h\n"）;
//
usleep（10000）;
flag=0;
}
}
elseif（con==1）
{
minute+=step;
if（minute>60|minute<=0）
{
minute=0;
}
if（flag）
{
printf（"%d-%2d-%d\n",year,month,day）;
printf（"%d:
_:
%2d\n",hour,second）;
usleep（10000）;
flag=0;
}
}
elseif（con==2）
{
second+=step;
if（second>60|second<=0）
{
second=0;
}
if（flag）
{
printf（"%d-%2d-%d\n",year,month,day）;
printf（"%d:
%d:
_\n",hour,minute）;
usleep（10000）;
flag=0;
}
}
}
if（shift==1）
{//修改date
if（con==0）
{
year+=step;
if（flag）
{
printf（"_-%2d-%d",month,day）;
printf（"year\n"）;
printf（"%d:
%d:
%2d\n",hour,minute,second）;
usleep（10000）;
flag=0;
}
}
elseif（con==1）
{
month+=step;
if（month>12|month<=0）
{
month=1;
}
if（flag）
{
printf（"%d-_-%d\n",year,day）;
printf（"%d:
%d:
%2d\n",hour,minute,second）;
usleep（10000）;
flag=0;
}
}
elseif（con==2）
{
day+=step;
if（day>31|day<=0）
{
day=1;
}
if（flag）
{
printf（"%d-%2d-_",year,month）;
printf（"day\n"）;
printf（"%d:
%d:
%2d",hour,minute,second）;
usleep（10000）;
flag=0;
}
}
}
step=0;
}
//==========修改时间=================
intmain（）
{
while
（1）
{
usleep（100000）;
second++;
if（second>=60）
{
minute++;
second=0;
if（minute>60）
{
minute=0;
hour++;
if（hour>=24）
{
hour=0;
day++;
if（day>31）
{
day=1;
month++;
if（month>12）
{
month=1;
year++;
}
}
}
}
}
printf（"%d-%2d-%d\n",year,month,day）;
printf（"%d:
%d:
%2d%7d\n",hour,minute,second,1105202）;
//=============检测按键
KEY=push_button（）;
usleep（1000000）;
switch（KEY）
{
case1:
if（shift>=3）shift=0;shift++;break;
case2:
step=1;break;
case3:
step=-1;break;
case4:
if（con>=3）con=0;con++;break;
default:
break;
}
modify（）;
//printf（"%d-%2d-%d\n",year,month,day）;
//printf（"%d:
%d:
%2d\n",hour,minute,second）;
//=============检测按键
}
return0;
}
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。
六、结论
采用NIOSⅡ集成开发环境提供的快捷开发手段，在Cyclone1C6Q240C8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
FPGA课程设计是很实用，很有意义的。
学习了FPGA的各种原理和应用软件，需要应用的实际操作中，学以致用。
这次的设计我们做的是基于SOPC设计万年历，首先在开始设计之前老师就给我们讲解了大概的万年历制作。
在设计之前，对万年历的设计有了基础认识。
设计从系统硬件除非，通过NIOSIIDE2开发的嵌入式软件编写并嵌入SOPCBUILDER的硬件中实现万年历的整体开发。
根据课程设计指导书，一步一步进行设计，由于之前对软件都较为熟练，设计较为熟练。
遇到的难题是在NIOS中修改程序时，请教了老师和同学，才得出结果，最后实现了万年历的整体设计，顺利完成。
通过这次的设计，收获还是很大的，懂得了学习的重要性，了解到理论知识与实践相结合的重要意义，而且必须要耐心努力和虚心请教，这些对以后工作和学习都是很大的帮助。
指导教师评语
课程设计成绩：
指导教师签字：
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