精品本科毕业论文设计基于NiosII系统的MP3播放器的设计.docx

1、精品本科毕业论文设计基于NiosII系统的MP3播放器的设计基于Nios II系统的MP3播放器的设计摘要近年来，数码产品更新换代的速度很快，从当初的分立元件到现在的集成芯片，产品体积越来越小，而所展现出来的功能则日益强大。它们极大的丰富了我们的日常生活。SOPC（System on a programmable Chip,片上可编程系统）是Altera公司提出的一种灵活、高效的SOC 解决方案,它将处理器、存储器、I/O 口、LVDS、CDR 等系统设计所需要的模块集成到一个PLD 器件上，具有可裁剪、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程等优点。本文提出一种基于Nios II处理器的MP

2、3播放器的具体实现过程，系统基于Altera公司的DE2 开发平台进行设计，并利用板上的SD卡作为存储设备，在Nios II处理器上实现MP3的播放、TXT文件的读取以及LCD液晶显示等功能。硬件设计主要利用SOPC Builder，将处理器、存储器和其它所需的外设IP核添加进去，生成一个完整的自己定制的Nios II软核系统。再结合Quartus II中集成的EDA工具，将其下载到FPGA芯片中，获得恰好满足需求的定制系统。软件设计在Nios II的IDE环境中进行，用C语言编程实现SD卡中存储的MP3和TXT文件的读取，以及LCD 显示、MP3音乐的播放以及按键的控制。整体设计对SOPC系

3、统软硬件协同的相关技术进行了初步研究。软硬件协同设计协调软硬件开发过程并行开展，一方面可以缩短设计周期，极大地提高设计效率；另一方面可以根据系统各个部分的特点和设计约束，选择软件或者硬件实现方式，得到高性能，低成本的优化设计方案。运用SOPC设计理念来设计数码产品，能在较短的时间内完成开发过程，还能满足技术不断更新换代的需要。将当前先进的Nios 软核技术应用于电子电路设计当中去，对于了解和掌握这种工具有重要的意义。关键词SOPC（片上可编程系统）；Nios II；MP3；软硬件协同设计；Nios II System Based on the Design of MP3 PlayersAbst

4、ractIn recent years, digital electronic products renew very fast. From the original discrete components to the current integrated chips, these products showing us with much powerful functions while decreasing their sizes. They provides us a great help for daily life.Sopc(System on a programmable Chi

5、p)is a flexible and efficient SOC solution proposed by Altera Corporation. It put modules that are necessary like processor,memory,input/output interface,LVDS and CDR together into a PLD device. As a result, the system can be cut、expand、upgraded at our will, hardware and software are programmable in

6、-system at the same time.This paper presents a Nios II processor-based MP3 Players, the system is based on Alteras DE2 development platform using the SD card on the board as store equipment to achieve functions like MP3 playing,txt file reading and LCD displaying.Hardware design is completed in Sopc

7、 Builder, Through adding the processor、memory and other IP cores of the peripherals to their own customized SOPC control system , generating a Nios II soft-core systems of customized completely. Combined with Quartus II EDA tools, we can precisely meet the demand of the customized system after downl

8、oad the core into the FPGA chips.The design of the software part was completed in the Nios II IDE environment, and functions like reading the TXT and MP3 files stored in the SD card,LCD displaying,MP3 music playing and buttons controlling can be achieved. All of this can be programmed by C.This thes

9、is Emphasize on the following key techniques in hardware/software co-design, it is the integration of specification, synthesis and simulation of hardware and software with unified design tools. By using hardware/software co-design, the design cycle can be shortened and design efficiency can be impro

10、ved. On the other hand, designers can choose hardware or software implication method for system functions according the characteristic of function and the design constraints, in order to achieve high performance, low cost design.Through applying the SOPC design concept into the process of designing

11、digital products, period of the development process can be shortened. Needs of the upgrading technology can be met at the same time. Its very important to apply the advanced NIOS soft-core into electronic circuit design, which can help us to understand and master this kind of technology.KeywordsSOPC

12、（System on a Programmable Chip） ; Nios II ; MP3 ; Hardware/software Co-design不要删除行尾的分节符，此行不会被打印摘要 Abstract 第1章 绪论 11.1 课题背景 11.1.1 可编程片上系统 11.1.2 软硬件协同设计 21.1.3 嵌入式系统 21.1.4 MPEG Layer 3 31.2 国内外文献综述 41.3 论文研究内容 5第2章 SOPC技术及软硬件协同方案 62.1 FPGA器件基本原理 62.2 Sopc设计技术 62.3 软硬件协同技术 92.4 本章小结 10第3章 MP3播放器硬件系

13、统设计方案 113.1 MP3原理 113.2 MP3播放器的系统需求 113.3 MP3播放器的软硬件划分及组成模块介绍 123.3.1 MP3解码硬件电路方案设计及实现 123.3.2 I2C总线协议及应用 143.3.3 SD卡简介及FAT16文件系统构成介绍 163.4 系统硬件结构设计 213.5 基于Nios II的软硬件协同设计策略 213.6 本章小结 23第4章 系统软件设计及实现 244.1 系统整体程序流程图 244.2 各功能模块设计方案 244.2.1 读取SD卡方案 244.2.2 LCD16027液晶模块显示 254.2.3 播放MP3音乐方案 264.2.4 通

14、过I2C总线与STA013通讯 284.3 本章小结 28第5章 系统设计的实现及调试 295.1 SOPC Builder下定制系统模块 295.1.1 DE2资源 295.1.2 系统的定制及生成 305.1.3 硬件系统编译 315.1.4 FPGA的配置 375.2 Nios II下的程序开发 375.3 本章小结 40结论 41致谢 42参考文献 43附录A 44附录B 49附录C 53附录D 54千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 课题背景随着时代的发

15、展、科技的进步，各种电子产品已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，我们的日常生活、工作及学习方式也因此发生了极大的改变。各式各样的数码产品，它们不仅体积小巧，而且功能强大，这些产品在我们的生活中扮演着重要的角色，因为它们丰富并改善着我们的生活。由于核心器件及一些知识产权的成本居高不下，一些电子产品的售价让消费者望而生畏。由于目前各种技术更新很快，开发商唯有跟上时代，不断更新自己的产品，才能满足消费者更高的需求，在竞争中求得生存。传统器件及设计中的诸多缺陷很难适应当前的需要，如何在短时间内开发出满足需求的产品，是当前亟待解决的难题。1.1.1 可编程片上系统当今社会是数字化的社会，是数字集成电

16、路广泛应用的社会。数字集成电路本身在不断地进行更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路（VLSIC，几万门以上）以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子技术的发展，设计与制造集成电路的任务已不完全由半导体厂商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路（ASIC）芯片，而且希望ASIC的设计周期尽可能短，最好是在实验室里就能设计出合适的ASIC芯片，并且立即投入实际应用之中，因而出现了现场可编程逻辑器件（FPLD），其中应用最广泛的当属现场可编程门阵列（FPGA）和复杂可编程逻辑器件（CPLD）。现场可编程门阵列（FPGA）是一种半导体器件，可以在制造完成后进行编程。FPGA硬件功能不是预先确定好的，而是支持您对产品特性和功能进行