SOPC課程設(shè)計(jì)大型作業(yè)任務(wù)書(shū)

1、上海電力學(xué)院課程設(shè)計(jì)（大型作業(yè)）任務(wù)書(shū)（20092009/2010/2010 學(xué)年第 二 學(xué)期）課程名稱(chēng)SOPCSOPC 課程設(shè)計(jì)_課程代碼1307132_院（系）計(jì)信學(xué)院_專(zhuān)業(yè) _ 電子信息工程_班 級(jí) _學(xué) 生 _時(shí) 間 _19/2019/20 周一、設(shè)計(jì)目的本課程的授課對(duì)象是電子信息工程專(zhuān)業(yè)本科生， 是電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要的 實(shí)踐課程，是理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要環(huán)節(jié)。本課程作為 SOPC 技術(shù)與應(yīng)用 的后續(xù)實(shí)踐課程，有助于增強(qiáng)學(xué)生對(duì) SOPC 技術(shù)的理解，掌握 SOPC 設(shè)計(jì)方法及 調(diào)試能力，為今后從事現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)與調(diào)試工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)內(nèi)容、要求及組織形式本課程要求學(xué)生在掌握

2、FPGA 技術(shù)和 SOPC 技術(shù)的基礎(chǔ)上，以 Quartusll、SOPC Builder 和 Nios II IDE 等軟件為工具，分別完成 SOPC 的硬件模塊設(shè)計(jì)和 軟件模塊設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)題目： LCD 日歷電子鐘、多功能數(shù)字鐘、交通信號(hào)燈和搶 答器。采用一人一題的方式，課堂形式則采用講授與上機(jī)相結(jié)合。三、設(shè)計(jì)進(jìn)度安排（時(shí)間及地點(diǎn)）地點(diǎn)：計(jì)信學(xué)院實(shí)驗(yàn)室 304時(shí)間： 19-20 周第 1 天 分析各設(shè)計(jì)的工作原理、設(shè)計(jì)目的第 2 天 硬件模塊設(shè)計(jì)第 3 天 軟件流程圖設(shè)計(jì)，整理設(shè)計(jì)思路第 4 天 對(duì)軟件模塊進(jìn)行劃分第 5-8 天 完成模塊的代碼編寫(xiě)、調(diào)試、運(yùn)行第 9 天 報(bào)告撰寫(xiě)第 10 天

3、 答辯下面給出四個(gè)任務(wù)的具體要求。任務(wù)一： LCD 日歷電子鐘1實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求（1）日歷電子鐘的顯示：用 NiosII DE2 開(kāi)發(fā)板實(shí)現(xiàn)電子鐘功能。用 LCD 顯 示電子鐘的日期和時(shí)間。 LCD 分兩行顯示，第一行顯示年、月和日（如： 20090201）；第二行顯示時(shí)、分和秒（如 16:20:30）。（ 2）日歷電子鐘的修改：用輸入按鈕 KEY0 來(lái)控制 LCD 行修改，同時(shí)讓 DE2 板上的綠色發(fā)光二級(jí)管 LEDG3 的亮與滅來(lái)表示這個(gè)選擇。當(dāng) KEY0 按下 一次后，LEDG3亮，可以修改年、月和日的數(shù)字；再按一次 KEYO后，LEDG3 滅，可以修改時(shí)、分和秒的數(shù)字。另外用輸入按鈕 K

4、EY3 來(lái)控制日期和時(shí)間的 修改，當(dāng)處于日期修改方式時(shí)，每按動(dòng)一次 KEY3 按鈕，依次更換“年、”“月”和“日 的修改。當(dāng)處于時(shí)間修改方式時(shí)，每按動(dòng)一次 KEY3 按鈕，依次更換“時(shí)”、“分” 和“秒”的修改。修改對(duì)象被選中后，按動(dòng) KEY2 輸入按鈕可以增加顯示的數(shù)字； 按動(dòng) KEY1 輸入按鈕可以減少顯示的數(shù)字。2實(shí)驗(yàn)原理SOPC 的硬件模塊包括：處理器： Nios II存儲(chǔ)器： SDRAMPIO： LEDG、 KEY顯示： LCD定時(shí)器： Timer（2Oms）調(diào)試口： JTAG UART軟件模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)程可分為以下幾個(gè)步驟：(1)電子鐘功能的實(shí)現(xiàn)。可通過(guò)定時(shí)器定時(shí) 1s “秒”力，依

5、次對(duì)“分”“時(shí)”加 實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的電子鐘功能。(2)日歷的實(shí)現(xiàn)。在上述電子鐘的基礎(chǔ)上，每 24 個(gè)小時(shí)“日”加 1，依次對(duì)“月 和“年”加1,實(shí)現(xiàn)日歷的功能。( 3) LCD 顯示。將上述時(shí)間與日期顯示在 LCD 上。( 4) 時(shí)間和日期的調(diào)整。 在程序中需要加入按鍵中斷程序, 通過(guò)判斷按鍵值按 要求實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。3實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求( 1 )畫(huà)出(或打印出)硬件電路圖。( 2) 畫(huà)出(或打印出)程序流程圖。( 3) 解釋程序中各部分的功能。( 4)書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)應(yīng)結(jié)構(gòu)合理 , 層次分明。任務(wù)二： 多功能數(shù)字鐘1實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求( 1 )主體功能設(shè)計(jì)一個(gè)多功能數(shù)字鐘,包含以下主要功能：1. 計(jì)時(shí)及校時(shí),

6、時(shí)間 12 小時(shí)制顯示2. 秒表：?jiǎn)?dòng) /停止/保持顯示 /清除4鬧鐘：設(shè)定鬧鐘時(shí)間，整點(diǎn)提示（2）輸入輸出界面輸入：4 個(gè) Key輸出：8 位 7 段碼，8 個(gè) LED4 個(gè)按鍵從左到右為：Key3、key2、Key1，KeyO,功能在不同模式下定義不同：KeyO:顯示模式鍵；Key1：時(shí)間、鬧鐘模式下的設(shè)置選擇鍵或秒表模式下的取時(shí)間鍵；Key2：時(shí)間、鬧鐘設(shè)置時(shí)所調(diào)對(duì)象加 1 或秒表模式下的開(kāi)始/停止鍵；Key3:復(fù)位鍵。8 位 7 段碼從左到右編號(hào)為 7-0丨丨丨丨丨1 1丨丨1 1 1丨丨丨丨丨丨丨丨丨1 1丨丨丨丨丨丨丨76543210兩個(gè) LED別指示鬧鐘與整點(diǎn)提示的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。（3

7、）詳細(xì)功能及狀態(tài)描述：總體分四種模式，由 Key3 切換時(shí)間顯示模式：初始狀態(tài)為 12 小時(shí)制顯示當(dāng)前時(shí)間：小時(shí)（7-6 位”分（5-4 位”秒（3-2 位），（1-0 位）不顯當(dāng)按下 key1 時(shí)，可以進(jìn)行時(shí)、分設(shè)置選擇。按 Key1 進(jìn)行調(diào)節(jié)對(duì)像選擇順序Keyl 調(diào)整 Keyl 調(diào)整 Keyl小時(shí) 分選擇好調(diào)整對(duì)象后，按 Key2-下，所調(diào)對(duì)像加 1。設(shè)置某一部分時(shí)，要斷開(kāi) 相關(guān)的進(jìn)位鏈，如：正在調(diào)分時(shí)，應(yīng)忽略秒的進(jìn)位脈沖，并且滿(mǎn) 60 的進(jìn)位也不能 影響到后面的小時(shí)。按 Key3 進(jìn)入下一模式：秒表模式秒表模式進(jìn)入秒表模式后，按下 key2 即開(kāi)始計(jì)時(shí)；按下 keyl 則將當(dāng)前的秒表數(shù)據(jù)

8、顯 示在LCDt，而秒表還在繼續(xù)，直到再次按下 key2 停止計(jì)時(shí)。若要重新運(yùn)行秒表 則可以按下key3 復(fù)位，秒表從 0 開(kāi)始計(jì)時(shí)。顯示: 小時(shí)（7-6 位）分鐘（5-4 位）/ 秒（3-2 位）/ 百分秒（1-0 位）按 Key3（ModeKey 進(jìn)入下一模式：鬧鐘模式鬧鐘模式按 Keyl 進(jìn)行調(diào)節(jié)對(duì)像選擇，選擇順序如下表：不調(diào)整如下表：不調(diào)整選擇好調(diào)整對(duì)象（時(shí)、分）后，按 Key2-下，所調(diào)對(duì)像加 1;選擇鬧鐘開(kāi)關(guān)Keyl 調(diào)整 Keyl 調(diào)整 Keyl鬧鐘Key1 整點(diǎn)提示開(kāi) Key1-n小時(shí) 分開(kāi)關(guān)或整點(diǎn)提示開(kāi)關(guān)設(shè)置時(shí)，按下 key2 后，開(kāi)關(guān)狀態(tài)取反。按 Key3（ModeKey

9、回到時(shí)間顯示模式。2實(shí)驗(yàn)原理SOPC 的硬件模塊包括：處理器： Nios II存儲(chǔ)器： SDRAMPIO： LEDG、KEY顯示： 7 段碼、 LCD定時(shí)器： Timer（20ms）調(diào)試口： JTAG UART軟件模塊的設(shè)計(jì)進(jìn)程可分為以下幾個(gè)步驟：（1） 按鍵接口模塊 功能：判斷按鍵輸入值，從而作出相應(yīng)的動(dòng)作。主要是通過(guò)按鍵中斷來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（2） 時(shí)鐘、秒表計(jì)時(shí)模塊 ：時(shí)鐘每秒加 1，主要是通過(guò)定時(shí)器每秒定時(shí)完成的（ 3）模式切換模塊： 通過(guò)按鍵切換當(dāng)前模式及設(shè)置選擇。（4）時(shí)鐘、秒表校時(shí)模塊： 根據(jù)模式和設(shè)置選擇的不同，對(duì)各時(shí)間部分進(jìn)行計(jì)數(shù)及設(shè)置5）顯示控制模塊 控制不同模式下顯示不同的內(nèi)容，

10、以及調(diào)節(jié)時(shí)閃爍顯示。3實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求（1）畫(huà)出（或打印出）硬件電路圖。（ 2） 畫(huà)出（或打印出）程序流程圖。（ 3） 解釋程序中各部分的功能。（ 4）書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)應(yīng)結(jié)構(gòu)合理 , 層次分明。任務(wù)三： 交通信號(hào)燈1實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求（1）用紅、綠、黃三色發(fā)光二極管作信號(hào)燈。（2）當(dāng)主干道允許通行亮綠燈時(shí)，支干道亮紅燈，而支干道允許亮綠燈時(shí)， 主干道亮紅燈。（3）主支干道交替允許通行，主干道每次放行45s、支干道 25s。設(shè)計(jì) 45s和 25s 計(jì)時(shí)顯示電路。主干道在通行 45s 后，若支干道無(wú)車(chē)，則主干道的綠燈繼 續(xù)亮，直到支干道有車(chē)，綠燈才開(kāi)始交替。（ 4）在每次由亮綠燈變成亮紅燈的轉(zhuǎn)換過(guò)程中間，要

11、亮 5s 的黃燈作為過(guò)渡，以使行駛中的車(chē)輛有時(shí)間停到禁止線(xiàn)以外，設(shè)置 5s 計(jì)時(shí)顯示電路。（ 5）輸入輸出界面輸入：1 個(gè)開(kāi)關(guān) SW輸出： 8 位 7 段碼1 個(gè)開(kāi)關(guān) SV 表示支干道上是否有車(chē)8 位 7 段碼從左到右編號(hào)為 7-0丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨76543210通行時(shí)間倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示在（1-0 位）。2.實(shí)驗(yàn)原理SOPC 的硬件模塊包括：處理器：Nios II存儲(chǔ)器：SDRAMPIO： LEDG、SW顯示：7 段碼定時(shí)器：Timer （20ms）調(diào)試口： JTAG UART支干道是否有車(chē)輛到來(lái)可利用傳感器進(jìn)行檢測(cè)，本設(shè)計(jì)用開(kāi)關(guān)代替；有車(chē)到來(lái)，開(kāi)關(guān)閉合（

12、sw= 1）,反之，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)（sw= 0）。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，各信號(hào)燈的工作順序流程圖如下圖所示。四個(gè)路口均設(shè)有紅、 黃、綠三色信號(hào)燈和用于計(jì)數(shù)的兩位數(shù)碼管顯示的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器工干哂一澡忖壬工列 去干謹(jǐn)蘭訂毛3C主千通紅燈亮2 5秒，支干遵碌燈殼S3主干這虹燈閃燥支干atWtT5& S43.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求(1)畫(huà)出(或打印出)硬件電路圖。(2)畫(huà)出(或打印出)程序流程圖。(3)解釋程序中各部分的功能。(4)書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)應(yīng)結(jié)構(gòu)合理，層次分明。任務(wù)四：搶答器1.實(shí)驗(yàn)任務(wù)及要求(1)搶答器可容納四組 1212 位選手，每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕供選手使用。(2)電路具有第一搶答信號(hào)的鑒別和鎖存功能。在主

13、持人將系統(tǒng)復(fù)位后，燈閃爍 提示搶答開(kāi)始，時(shí)顯示器顯示初始時(shí)間并開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，若參賽選手按搶答按鈕，則該組指示燈亮并用組別顯示器顯示選手的組別。此時(shí)，電路具備自鎖功能，使其它 搶答按鈕不起作用。(3)如果無(wú)人搶答，計(jì)時(shí)器倒計(jì)時(shí)到零，主持人可以按復(fù)位鍵，開(kāi)始新一輪的搶 答。(4)設(shè)置犯規(guī)功能。選手在主持人按開(kāi)始鍵之前搶答，則認(rèn)為犯規(guī)，犯規(guī)指示燈 亮和顯示出犯規(guī)組號(hào)，主持人可以終止搶答執(zhí)行相應(yīng)懲罰。(5)搶答器設(shè)置搶答時(shí)間選擇功能。 為適應(yīng)多種搶答需要，系統(tǒng)設(shè)有 1010 秒、1515 秒、2020 秒和 3O3O 秒四種搶答時(shí)間選擇功能。(6) 輸入輸出界面輸入：4 個(gè)按鍵 Key、4 個(gè)開(kāi)關(guān) SW

14、輸出：8 位 7 段碼4 個(gè)按鍵從右到左為：KeyO、keyl、Key2, Key3;代表 4 位選手，只要檢測(cè)到1 位選手按下按鍵則關(guān)閉按鍵中斷，其他按鍵按下無(wú)效。4 個(gè)開(kāi)關(guān) SV 從右到左為：SWO SW1 SW2 SW3 功能在不同模式下定義不同：SW0 復(fù)位秒表計(jì)時(shí)，搶答暫時(shí)處于暫停狀態(tài)，如果此時(shí)有人按下Key 則意味著犯規(guī)，其相應(yīng)分值減 1;SW1 選擇搶答時(shí)間的設(shè)置值，分別為1010 秒、1515 秒、2020 秒和 3O3O 秒四種搶答時(shí) 間；SW2 所有選手的分?jǐn)?shù)值清零鍵；SW3 主持人的開(kāi)始鍵，當(dāng)主持人按下該鍵則搶答開(kāi)始。8 位 7 段碼從左到右編號(hào)為 7-0U U L L1

15、111L LL L LJLJ1丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨丨 丨丨丨丨765432104 位選手的分值分別顯示在（3-0 位）；秒表的倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示在（5-4 位）2.實(shí)驗(yàn)原理SOPC 的硬件模塊包括：處理器：Nios II存儲(chǔ)器：SDRAMPIO： LEDG、KEY、SW顯示：7 段碼定時(shí)器：Timer （20ms）調(diào)試口： JTAG UART軟件模塊包括以下幾部分：（1） 主持人控制模塊在搶答比賽開(kāi)始前，主持人可通過(guò) SW2 將選手的分?jǐn)?shù)全部清零；然后，通 過(guò)SW1 選擇搶答時(shí)間的設(shè)置值可以是1010 秒、1515 秒、2020 秒和 3O3O 秒 4 4 檔，設(shè)置的 時(shí)間可同時(shí)顯示在 7 7 段碼（5-45-4 位）；上述值全部設(shè)定完成后，通過(guò) SW3SW3 搶答開(kāi)始; 如果要進(jìn)行新一輪的搶答則按下 SW3SW3 重新開(kāi)始。（2） 選手搶答模塊4 位選手可以通過(guò)按下相應(yīng)的 Key 進(jìn)行搶答，程序中可通過(guò)按鍵中斷來(lái)判 斷是哪個(gè)按鍵按下，一旦判斷到有按鍵按下則關(guān)閉按鍵中斷， 其他按鍵將不再起 作用（3）定時(shí)模塊定時(shí)模塊是通過(guò)定時(shí)器完成的，當(dāng)主持人按下開(kāi)始鍵后，秒表計(jì)時(shí)開(kāi)始倒計(jì)