EDA万年历报告.docx
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EDA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
学院:
信息与电子工程学院
专业:
电子信息工程
学号:
姓名:
指导老师:
时间：
2013.7.15--2013.7.20
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：
Clk
Y2
Led[3]
E24
Led[2]
E25
Led[1]
E22
Led[0]
E21
KEY[3]
R24
KEY[2]
N21
KEY[1]
M21
KEY[0]
M23
LCD_RW
M1
LCD_EN
L4
LCD_RS
M2
LCD_DATA[0]
L3
LCD_DATA[1]
L1
LCD_DATA[2]
L2
LCD_DATA[3]
K7
LCD_DATA[4]
K1
LCD_DATA[5]
K2
LCD_DATA[6]
M3
LCD_DATA[7]
M5
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。
LCD.h的顶层文件为：
#ifndef_LCD_H_
#define_LCD_H_
//LCDModule16*2
#definelcd_write_cmd（base,data）IOWR（base,0,data）
#definelcd_read_cmd（base）IORD（base,1）
#definelcd_write_data（base,data）IOWR（base,2,data）
#definelcd_read_data（base）IORD（base,3）
//==========================
voidLCD_Init（）;
voidLCD_Show_Text（char*Text）;
voidLCD_Line2（）;
voidLCD_Test（）;
//=========================
#endif//_LCD_H_
然后建立hello_world的C文件。
#include
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
#include"alt_types.h"
#include"system.h"
#ifndef_LCD_H_
#define_LCD_H_
//LCDModule16*2
#definelcd_write_cmd（base,data）IOWR（base,0,data）
#definelcd_read_cmd（base）IORD（base,1）
#definelcd_write_data（base,data）IOWR（base,2,data）
#definelcd_read_data（base）IORD（base,3）
//==========================
voidLCD_Init（）;
voidLCD_Show_Text（char*Text）;
voidLCD_Line2（）;
voidLCD_Test（）;
//=========================
#endif//_LCD_H_
intyear=2013;
intmonth=7;
intday=15;
inthour=20;
intminute=25;
intsecond=30;
intselectkey=1;
intselectkeylr=1;
intms=0;
intKEY=0;
intshift=0,con=0,step=0;
//#include"basic_io.h"
volatileintedge_capture;
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）==14）
{while
（1）{if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==15）break;}return1;}
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==13）
{while
（1）{if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==15）break;}return2;}
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==11）
{while
（1）{if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==15）break;}return3;}
if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==7）
{while
（1）{if（IORD（KEY_PIO_BASE,0）==15）break;}return4;}
elsereturn0;
}
//==========判断按键=================
//==========修改时间=================
voidmodify（void）
{
if（shift==2）{//修改时间
if（con==0）hour+=step;
elseif（con==1）minute+=step;
elseif（con==2）second+=step;
}
if（shift==1）{//修改date
if（con==0）year+=step;
elseif（con==1）month+=step;
elseif（con==2）day+=step;
}
step=0;
}
//==========修改时间=================
intmain（）
{
/*printf（"%d-%2d-%d\n",year,month,day）;
lcd_write_cmd（LCD_BASE,0x0f）;
usleep（1000000）;
lcd_write_cmd（LCD_BASE,0x10）;
usleep（1000000）;
lcd_write_cmd（LCD_BASE,0x10）;
usleep（1000000）;
lcd_write_cmd（LCD_BASE,0x03）;
usleep（1000000）;
lcd_write_data（LCD_BASE,'c'）;
*/
while
（1）{
if（ms%10==0）{
if（ms/10==1）{//显示
if（shift==1）{//date
if（con==0）//year
printf（"year-%2d-%d\n",month,day）;
if（con==1）//month
printf（"%d-mo-%d\n",year,day）;
if（con==2）//day
printf（"%d-%2d-da\n",year,month）;
printf（"%d:
%d:
%2d\n",hour,minute,second）;//time
}
if（shift==2）{
printf（"%d-%2d-%d\n",year,month,day）;
if（con==0）//hour
printf（"ho:
%d:
%2d\n",hour,minute,second）;
if（con==1）//minute
printf（"%d:
mi:
%2d\n",hour,second）;
if（con==2）//second
printf（"%d:
%d:
se\n",hour,minute）;
}
}
else{
printf（"%d-%2d-%d\n",year,month,day）;
printf（"%d:
%d:
%2d\n",hour,minute,second）;
}
}
usleep（50000）;
ms++;
if（ms==20）{
ms=0;
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++;
}
}
}
}
}
//=============检测按键
KEY=push_button（）;
switch（KEY）{
case1:
shift++;if（shift>=3）shift=0;break;
case2:
step=1;break;
case3:
step=-1;break;
case4:
con++;if（con>=3）con=0;break;
default:
break;
}
modify（）;
//=============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。
7、运行情况
图3.实验板运行中
图4.实验板运行中
图5.实验板运行中
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
经过本次SOPC课程设计实验，使我更加熟悉了QuartusⅡ与NiosⅡDE2以及开发板的使用，熟练掌握了从理论设计到硬件开发的流程，了解了万年历通过编程实现的整个过程。
本次用C语言编写的万年历系统主要实现了年历、月历、日历的显示，并且可通过键盘来变换相应的年月日，最终的设计结果达到的这些要求，是一次成功的课程设计。
从整个实验实现的过程中，碰到一些以前未出现过的问题，第一天的时候实验简直没有任何思路，也没有任何实质的进展。
在自己的努力以及同学、张老师的帮助下，使自己的理论及操作水平有所提高，也就有了一些思路，慢慢地做出来了。
通过这次课程设计，使我对C语言了解不再停留在书面的了解，而是有了更深的理解，培养了自己的分析能力和设计能力，受益匪浅。
指导教师评语
课程设计成绩：
指导教师签字：
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