实验8WAV音频播放器.docx

1、实验8WAV音频播放器实验：WAV音频播放一、实验目的：1. 进一步了解SD卡的读写，播放SD卡上的WAV格式音频文件；2. 掌握Altera公司提供的“AUDIO_IF”“SEGS_IF”两个ip模块；3. 熟悉与本工程有关的顶层文件（.v）和C文件（.c）。二、实验步骤：（一）工程的初建：新建“demo_WAVplayer”工程鼠标左键双击桌面上的“Quartus ”快捷方式图标，耐心等待片刻，即可启动 “Quartus”设计页面，如图8-1所示。在“Quartus”设计页面内，鼠标左键单击File New Project Wizard，弹出“New Project Wizard：intr

2、oduction”，如图8-2所示。鼠标左键单击“next”按钮跳过此页，进入“New Project Wizard: Directory, Name, Top-level entity”页面：“the working directory for this project”(工程路径)可以任意填写，例如：“E:demodemo_WAVplayer”。“the name of this project”（工程名字）填写为“demo_wav”。“the name of the top-level design entity for this project”(工程顶层实体名称)会自动与工程名字相同

3、，也为“demo_wav”。如图8-3所示，这里需要注意：编写顶层文件时注意这个名字。鼠标左键单击“next”按钮，会弹出如图8-4所示的问句。鼠标左键单击“是”按钮，进入“Add Files page 2 of 5”页，如图8-5所示。这里还没有建立任何文档，再加上后面可以添加，故鼠标左键单击“next”按钮。鼠标左键单击“Next”按钮后进入“Family & Device Settings page 3 of 5”页面。在“Family & Device Settings page 3 of 5”页面：“Device family”栏里的“family”选择“Cyclone II”；“A

4、vailable devices”栏里选择“EP2C70F896C6”器件，其它为缺省设置，如图8-6所示。鼠标左键单击“Finish”按钮，完成工程的初建。新建的“Quartus -E:/demo/demo_WAVplayer/demo_wav-demo_wav”工程页面如图8-7所示。在“Quartus -E:/demo/demo_WAVplayer/demo_wav-demo_wav”工程页面，“entity”栏下，可以看到“Cyclone : EP2C70F896C6”和工程名字“demo_wav”。如果“entity”栏下可以看到的不是“Cyclone : EP2C70F896C6”

5、，比如是“Stratix : AUTO”的话，请用鼠标左键双击“Stratix : AUTO”， 或者光标指着“Stratix :AUTO”然后鼠标单击右键，在下拉菜单里点击“settings”，两种方法都能使“Settings-demo_wav”的设置页弹出，在“Device”中，可以重新设置成如图8-6所示。初建的“Quartus -E:/demo/demo_WAVplayer/demo_wavt-demo_wav”工程页面，会自动保存在路径“E:demodemo_WAVplayer”下。任何时候想要完成工程后续设计，可以再次打开此路径下的工程文件夹“demo_WAVplayer”，如图8

6、-8所示。鼠标左键双击带有蓝色“Quartus”图标的“demo_wav”文件，就可以打开“Quartus -E:/demo/demo_WAVplayer/demo_wavt-demo_wav”工程页面。（二）拷贝ip到工程文件夹“demo_WAVplayer”里在“Quartus -E:/demo/demo_WAVplayer/demo_wav-demo_wav”工程页面内，鼠标左键单击“open”按钮弹出“打开”对话框。在“打开”对话框的“查找范围”里，找到路径为“D:/SOPC实验资料/WAVplayer资料” 中的ip核文件夹，把此ip核文件夹拷贝到路径“E:demodemo_WAVp

7、layer”下，然后关闭“打开”对话框，如图8-9所示。 “SOPC Builder”工具判断ip核模式正确的话，会自动把此ip核加到共用库中。（三）利用“SOPC Builder”工具初建硬件系统在“Quartus -E:/demo/demo_WAVplayer/demo_wav-demo_wav”工程页面，鼠标左键单击Tools SOPC Builder，弹出“Create New System”对话框。在“Create New System”对话框里：“System Name”项后输入“nios0”；“Target HDL”项一般选择“Verilog”；如图8-10所示。鼠标左键单击“O

8、K”按钮，完成硬件系统的初建。“Target HDL”项一般选择“Verilog”，表示“SOPC Builder”会将你稍后所配置的IP核，以Verilog表示，若你熟悉VHDL，也可以选择VHDL。这里的设定不是限制了日后只能用Verilog或VHDL写代码，因为Quartus II本来就允许Verilog与VHDL混合編程，也就是说Verilog的module可以使用VHDL的entity，VHDL的entity可以使用Verilog的module，最后都能顺利编译。配置此工程硬件系统的“SOPC Builder”工具页面如图8-11所示，由于已经把ip拷贝到工程文件夹“demo_WAV

9、player”中，“SOPC Builder”工具页面的“System Contents”栏里“Component Library”下，可以看到增加了“Terasic Technologies Inc.”，此目录下面有两个新IP硬件核“AUDIO_IF”和“SEG7_IF”。在“SOPC Builder”工具页面，添加的硬件会在默认空白区出现，并且可以修改、删除，在默认空白区还显示硬件的主从连接。这里需要注意：如果配置硬件的过程中暂停设计，关闭“SOPC Builder”工具页面会弹出一个问句，如图8-12所示。鼠标左键单击“Save”按钮，建立的硬件系统信息就保存到路径“E:/demo/de

10、mo_WAVplayer”下的文件“nios0.sopc”中。如果需要再次打开此工程的“SOPC Builder”工具页面重续硬件配置的话，可以先打开“Quartus -E:/demo/demo_WAVplayer/demo_wav-demo_wav”工程页面（方法如图8-8所示），鼠标左键单击工程页面的“open”按钮弹出“打开”页面。在“查找范围”找到路径“E:demodemo_WAVplayer”下的“nios0.sopc”文件，鼠标左键双击 “nios0.sopc” 文件即可打开本工程的“SOPC Builder”工具页面。（四）配置硬件1. 定义时钟（clock）确认“SOPC Bu

11、ilder”工具页面的“Target / Device Family”是“Cyclone II”。在如图8-13所示的“Clock Settings”栏里可以看到50.0MHz，代表Nios II CPU在DE28-70可以运行在50.0MHz，但这时CPU降频在跑，正常情況下，Nios II CPU在DE28-70可以运行100.0MHz，所以可以用PLL将clk倍频成100.0Mhz。2添加用来保存“Nios”程序的片上存储器（On-Chip Memory）“On Chip Memory”在FPGA芯片内，是DE2-70上所有存储器中存储量最小，但是速度最快的存储器。在“SOPC Buil

12、der”工具页面，鼠标左键单击System Contents Component Library Memories and Memory Controllers On Chip On Chip Memory(RAM or ROM) Add 。弹出“on chip memory”设置页面，如图8-14所示。在“on chip memory”设置页面：“Total Memory Size”设置为80960；其他为缺省设置，鼠标左键单击“Finish”按钮。不用管状态框里的错误，添加 Nios处理器后会自动消失。“Total memory size”与能使用的M4K存储器数量、FPGA、Nios I

13、I CPU和Megafunction(如fcfifo)都会影响“On8-chip Memory”的size，本教程使用 80k。“On Chip Memory”会在“SOPC Builder”工具页面默认空白区有显示如图8-15所示。如果想修改“On Chip Memory”的设置，可以左键双击硬件名称，会重新弹出如图18-14所示的设置页面。对于其他硬件来说，方法类似。把“onchip_memory2_0”改成“onchip_mem”。3添加Nios II/s处理器（Nios Processor）在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击System ContentsCompone

14、nt LibraryNios II Processor Add，弹出“Nios Processor”设置页面。在“Nios Processor”设置页面：设置Nios II/f处理器， “Reset Vector”、“Exception Vector”都选择“on chip memory” ，如图8-16所示。鼠标左键单击“Finish”按钮，把“cpu_0”改成“cpu”。4添加调试接口（JTAGUART）在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击System ContentsComponent LibraryInterface Protocols Serial JTAG UART

15、 Add，弹出“JTAG UART”设置页，如图8-17所示。使用缺省设置，鼠标左键单击 “Finish”按钮。把“jtag_uart_0”改成“jtag_uart”。JTAG UART是PC与SOPC进行序列传输的一种方式，也是Nios II CPU标准的输出/输入设备。如printf()通过JTAG UART，经过USB Blaster将输出结果显示在PC的Nios II EDS上的console，scanf()通过USB Blaster经过JTAG UART将输入传给SOPC。5添加两个内部定时器（Interval Timer）在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击Syst

16、em ContentsComponent LibraryPeripherals Microcontroller Peripherals Interval Timer Add，弹出“Interval Timer”设置页，按照图8-18所示设置，鼠标左键单击“Finish”按钮。把“timer_0”改成“timer”。按照相同的方法再增添一个“timer_1”，把名字改写成“timer_stamp”。6添加系统ID（System ID）在“SOPC Builder”工程页面，鼠标左键单击System ContentsComponent LibraryPeripherals Debug and Pe

17、rformance System ID PeripheralAdd，弹出“System ID peripheral”设置页面，如图8-19所示。使用缺省设置，鼠标左键单击“Finish”按钮。把“sysid_0”的名称改为“sysid”。“SOPC Builder”会使用System ID为每个系统提供识别符号，Nios II EDS可以识别符号防止使用者往FPGA上烧录了与“.ptf”不符合的“.sof”。7添加红绿两色LED连接PIO在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击System ContentsComponent LibraryPeripheralsMicrocontr

18、oller Peripherals PIO(Parallel I/O) Add。弹出“PIO(Parallel I/O)”多项设置页面。 “Width”设置成18位输出方式，其他使用缺省值，如图8-20所示。鼠标左键单击“Finish”按钮，将名称改为“pio_red_led”。按照同样方法，设置“Width”为8位输出方式，其他使用缺省值，将名字改为“pio_green_led”8添加栓扣和按键开关输入PIO在“SOPC Builder”工程页面，鼠标左键单击System ContentsComponent LibraryPeripherals Microcontroller Periphe

19、rals PIO(Parallel I/O) Add，弹出“PIO(Parallel I/O)”多项设置页面。默认进入“Parameter Settings”的“Basic Settings”设置页面，如图8-21所示。在此页设置：“Width”为 4； “Direction” 为 input。鼠标左键单击图8-21所示页面的“input options”，进入“input options”设置页面。在“input options”设置页面：“Edge capture register”栏的 “Sychronously Capture” 前打勾，选择 “Falling edge”；在“Inte

20、rrupt”栏“Generate IRQ” 前打勾，然后选中 “Edge”。如图8-22所示，然后鼠标左键单击“Finish”按钮，将名称改为“pio_button”。这里需要注意：一定要选中“Edge”方式产生中断，否则按键按下后会连续不断地产生中断，导致CPU死锁。在“SOPC Builder”工程页面，鼠标左键单击System ContentsComponent LibraryPeripherals Microcontroller Peripherals PIO(Parallel I/O) Add，弹出“PIO(Parallel I/O)”多项设置页面。默认进入“Parameter Se

21、ttings”的“Basic Settings”设置页面，如图8-23所示。在此页设置：“Width”为 18； “Direction” 为 input；其他为默认值，将该硬件的名称改为“pio_switch”。9添加PLL本实验需要三个时钟：(1) 100MHz的C0，用于系统硬件；(2) 100MHz的C1，用于“sdram”；(3) 18.518MHz的C2 ，用于“AUDIO”。这里需要注意：用于“sdram”的c1的“Clock phase shift”设置为“-65ps”。在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击System ContentsComponent Libr

22、ary PLL PLL Add。在弹出的对话框里，鼠标左键单击“Launch Alteras ALTPLL MegaWizard”，使按钮周框内侧出现虚方框，如图8-24所示。鼠标左键单击“next”按钮，进入ALTPLL多项设置页面。默认进入的页面是： 1 parameter settings栏的“General / Modes”设置页，显示为： 1 parameter settings为深兰色背景，“General / Modes”为General / Modes 。如图8-25左上角所示，此页缺省设置。鼠标左键单击 2 output clocks栏，默认转换到“c0-Core/Exter

23、nal output clocks”的设置页面，如图8-26所示。在“c0-Core/External output clocks”的设置页面： 2 output clocks为深兰色背景，“clk c0”为clk c0。“clk c0”各参数按照图8-26所示页面设置。 鼠标左键单击2 output clocks栏下的“clk c1”，进入“c1-Core/External output clocks”的设置页，页面显示： 2 output clocks为深兰色背景，“clk c1”为clk c1，如图8-27左上角所示。“clk c1”的设置按照图8-27所示。 鼠标左键单击2 outpu

24、t clocks栏下的“clk c2”，进入“c2-Core/External output clocks”的设置页，此时页面里显示： 2 output clocks为深兰色背景，“clk c2”为clk c2，如图8-28所示。“clk c2”按照图8-28所示设置。鼠标左键单击“Finish”按钮，并且单击所经过的所有页面的“Finish”按钮。设置了PLL后，在本工程硬件系统的“SOPC Builder”工具页面，“Clock Settings” 栏下：“clk_0”改成“clk_50”；“pll_0_c0” 改名为“pll_ c0_cpu”；“pll_0_c1”，改名为“pll_ c1

25、_memory”；“pll_0_c2”，改名字为“pll_ c2_audio”；如图8-29所示。10添加SDRAM控制器 DE270多媒体开发板上有两片容量为4M*16*4比特的SDRAM（IS42S16160B）。在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击System ContentsComponent Library Memories and Memory Controllers SDRAM SDRAM Controller Add。进入“SDRAM Controller”的多项设置页面，默认进入“Parameter Settings”的 Memory Profile 设置页，

26、此页面的设置严格按照如图8-30所示。图8-30所示页面完成后，鼠标左键单击“Timing”，进入Timing 设置页面。严格按照如图8-31所示设置各参数，设置完成后，鼠标左键单击“Finish”按钮。 把名称改为“sdram_u1”。按照上面同样方法、同样参数再添加一个SDRAM控制器，把名称改为 “sdram_u2”。11. 添加LCD显示驱动（Character LCD）在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击System ContentsComponent Library Peripherals Display Character LCD Add，弹出“Character

27、 LCD”设置页面，缺省设置，鼠标左键单击“Finish”，把名字改为“lcd”。12. 添加两个“i2c”PIO在“SOPC Builder”工程页面，鼠标左键单击System ContentsComponent LibraryPeripherals Microcontroller Peripherals PIO(Parallel I/O) Add，弹出“PIO(Parallel I/O)”多项设置页面。“Width”设置成1位输出方式，其他使用缺省值，如图8-32所示。鼠标左键单击“Finish”按钮，将该硬件的名称改为“i2c_sclk”。在“SOPC Builder”工程页面，鼠标左键

28、单击System ContentsComponent LibraryPeripherals Microcontroller Peripherals PIO(Parallel I/O) Add，弹出“PIO(Parallel I/O)”多项设置页面。“Width”设置成“1” ；“Direction”选择为“Bidirectional(tristate) ports”；其他为缺省值，如图8-33所示，将名称改为“i2c_sdat”。13. 添加七段显示驱动（SEG7_IF）在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击System ContentsComponent LibraryTera

29、sic Technologies Inc SEG7_IFAdd，弹出“SEG7_IF”设置页，全部缺省设置，鼠标左键单击“Finish”，该硬件名字改为“SEG7”。14. 添加音频连接（AUDIO_IF）在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击System ContentsComponent LibraryTerasic Technologies Inc AUDIO_IFAdd，弹出“AUDIO_IF”设置页，全部缺省设置，鼠标左键单击“Finish”，该硬件名字改为“AUDIO”。15添加SD卡所用PIODE2-70多媒体开发板上，SD卡没有控制器，只需设置四个PIO即可。(1

30、) 添加“sd_clk”在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击Component Library Peripherals Microcontroller Peripherals PIO(Parallel I/O) Add，弹出“PIO(Parallel I/O)”多项设置页面，默认进入“Parameter Settings”的“Basic Settings”设置页面。在“Basic Settings”设置页面：“Width”设为 1；“Direction”设置为 “output ports only”；其它参数使用缺省值，如图8-34所示。将名字改为“sd_clk”。(2) 添加

31、“sd_cmd”、“sd_dat”和“sd_dat3”在“SOPC Builder”工具页面，鼠标左键单击Component Library Peripherals Microcontroller Peripherals PIO(Parallel I/O) Add，弹出“PIO(Parallel I/O)”多项设置页面，默认进入“Parameter Settings”的“Basic Settings”设置页面。在“Basic Settings”设置页面：“Width”设为 1；“Direction”设置为 “Bidrectional(tristate) ports”，如图8-35所示。鼠标左键单击“input options”，进入“input options”设置页面。在“input options”设置页面：“Edge capture register”栏的 “Sychronously Capture” 前打勾，选择 “either edge”