SOPC課程設(shè)計-模擬十字路口交通燈

SOPC設(shè)計與應(yīng)用實驗課程設(shè)計報告學(xué)院：機械與電子工程學(xué)院專業(yè)：電子科學(xué)與技術(shù)班級：10206301學(xué)號：1020630126姓名：陳英文指導(dǎo)老師：鄧文娟2013年6月22日一、實驗簡介實驗其他成員：華浩榮、蔣順風(fēng)、周利強、張瑜組長：華浩榮我做的模塊是12個交通燈的循環(huán)點亮，紅燈、綠燈亮10秒，黃燈亮5秒。實驗報告重點介紹這部分內(nèi)容，其它的簡寫。本實驗是基于ZY11203GEDA/SOPC創(chuàng)新實驗開發(fā)系統(tǒng)做出來的。1.實驗平臺介紹電源模塊下載接口模塊數(shù)碼顯示模塊LED顯示模塊液晶顯示模塊撥碼開關(guān)模塊按鍵模塊揚聲器模塊配置芯片VGA、PS2接口模塊核心功能模塊串口模塊主要用到的模塊介紹2.1下載接口模塊該模塊為Altera的CPLD/FPGA器件的下載模塊，該下載電路為JTAG形式，因此還能對AS方式的配置芯片EPCSx進行下載。2.2數(shù)碼顯示模塊數(shù)碼顯示模塊由八個七段數(shù)碼管和八個74HC595D芯片，構(gòu)成串并轉(zhuǎn)換顯示結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)到并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，并將該并行數(shù)據(jù)送入相應(yīng)的數(shù)碼管段。八個數(shù)碼管為共陰數(shù)碼管（段碼為高電平時，點亮數(shù)碼管），數(shù)碼管結(jié)構(gòu)如下圖所示：2.3LED段顯示模塊12位發(fā)光二極管用于輸出顯示，輸出高電平時發(fā)光二極管點亮。2.4、核心功能模塊介紹主板模塊的核心芯片采用Altera公司cyclone系列的EP1C12Q240C8；flash存儲器采用AM29LV065DU（8M×8bit）；SRAM存儲器采用CY7C1041CV33（256K×16bit）；AS配置芯片為EPCS4（4M）；同時給出兩個鐘振作為時鐘源；數(shù)據(jù)地址總線采用高精度連接器與外部連接，以保證用戶對Nios二次開發(fā)的需要。實驗平臺右側(cè)的雙排直插針用于連接開發(fā)板，用戶也可自行設(shè)計開發(fā)擴展模塊。二、實驗要求與原理1.實驗要求設(shè)計并制作一個交通燈控制電路，要求如下：1、東西南北方向分別設(shè)置紅黃綠3個指示燈，東西方向和南北方向用1個數(shù)碼管顯示通行時間；2、要求東西方向和南北方向的數(shù)碼管顯示通行時間并倒計時；每當(dāng)?shù)褂嫊r時間到，完成紅黃綠指示燈的狀態(tài)切換，其中紅燈、綠燈各亮10秒，黃燈5秒（開始本來是紅燈、綠燈60秒、黃燈5秒的，由于只是模擬的和時間關(guān)系作出了調(diào)整）。模擬實現(xiàn)十字路口的交通燈管理控制。2．實驗的整個流程圖黃燈亮并計時黃燈亮并計時初始化液晶初始化變量開始主循環(huán)開始綠燈亮并計時結(jié)束紅燈亮并計時3．交通燈的點亮3.1思路：參考流水燈實驗，將流水燈實驗中4個流水燈點亮改為讓12個交通燈點亮，先綠燈亮10秒，再黃燈亮5秒，再紅燈亮10秒，最后黃燈再亮5秒。3.2實驗原理由于對交通燈的控制受選通端控制，所以要開放選通，讓cs138和D2接高電平，D3、D1接底電平。模塊的整個流程如下所示：⑴在QUARTUSII中建立工程⑵用SOPCBUILDER建立NIOS系統(tǒng)模塊⑶在QUARTUSII中的圖形編輯界面中進行管腳連接、鎖定工作⑷編譯工程后下載到FPGA中⑸在NIOSIIIDE中根據(jù)硬件建立軟件工程⑹編譯后，經(jīng)過簡單設(shè)置下載到FPGA中進行調(diào)試、驗證。三、實驗步驟硬件部分設(shè)計1.在自己的文件目錄下（如E:\led\）建立一個led_12文件夾，然后在QUARTUSII中新建工程，把工程放在已創(chuàng)的目錄下。2.點擊NewProjectWizard…菜單中的Next，選擇芯片為Cyclone系列的EP1C12Q240C8。3．點擊QuartusII界面第一行工具欄中的SOPCBuilder工具，新建系統(tǒng)為nios_led_12.在左邊元件池中選擇元件：這個設(shè)計工程需要使用Nios32BitCPU、調(diào)試串口jtag_uart、位寬為12位的led_pio、RAM4．生成系統(tǒng)模塊：＊選擇SystemGeneration欄，如圖2-12所示。＊在SystemGeneration中選中HDL選項，如果安裝了Modelsim軟件并需要仿真設(shè)計，可以選擇Simulation選項。圖2-12生成CPU＊點擊窗口下方Generate按鈕，SOPCBuilder根據(jù)用戶設(shè)定不同，在系統(tǒng)生成過程中所執(zhí)行的操作不同。系統(tǒng)生成后點擊“Exit”退出SOPCBuilder5．創(chuàng)建頂層文件： 將剛才生成的模塊以圖標(biāo)形式添加到BDF文件中：在SOPCBuilder生成的過程中，會生成系統(tǒng)模塊的圖標(biāo)（Symbol），可以將該圖標(biāo)像其它QuartusII圖標(biāo)一樣添加到當(dāng)前項目的BDF文件中。步驟如下：單擊New按鈕，彈出如下圖2-13所示的對話框。圖2-13加入原理圖輸入文件＊選擇BlockDiagram/SchematicFile，如圖2-13所示，點擊OK；連好的原理圖如下所示：6.鎖定管腳：新建引腳鎖定命令文件，F(xiàn)ile->New->OtherFiles->TclScriptFile，引腳鎖定文件#Setup.tcl#Setuppinsettingset_global_assignment-nameRESERVE_ALL_UNUSED_PINS"ASINPUTTRI-STATED"set_global_assignment-nameENABLE_INIT_DONE_OUTPUTOFFset_location_assignmentPIN_153-toclkset_location_assignmentPIN_200-torstset_location_assignmentPIN_42-toLT11set_location_assignmentPIN_23-toLT10set_location_assignmentPIN_20-toLT9set_location_assignmentPIN_18-toLT2set_location_assignmentPIN_16-toLT1set_location_assignmentPIN_14-toLT0set_location_assignmentPIN_12-toLT3set_location_assignmentPIN_8-toLT4set_location_assignmentPIN_6-toLT5set_location_assignmentPIN_4-toLT6set_location_assignmentPIN_2-toLT7set_location_assignmentPIN_240-toLT8set_location_assignmentPIN_44-toCS138set_location_assignmentPIN_46-toD3set_location_assignmentPIN_48-toD2set_location_assignmentPIN_50-toD1然后選擇Tools->TclScripts,會彈出如圖2-19所示的對話框，選擇Tcl_script1.tcl，然后點擊RUN，管腳約束與鎖定就會自動加入了。配置FPGA：接上實驗板電源、連上USB下載線，將編譯生成的SOF文件下載到目標(biāo)板上，選擇Tools->Programmer目標(biāo)文件夾下載，選擇USB-Blaster模式，通過JTAG口對FPGA進行配置.軟件部分設(shè)計1.選擇好工作環(huán)境路徑。2.選擇菜單File->New->Project，會彈出如下圖2-22所示對話框：圖2-22添加新工程 3.選擇C/C++Application，如上圖所示，點擊Next，會彈出圖2-23所示對話框：圖2-23選擇現(xiàn)有工程實例 4.在SelectProjectTemplate中選擇LED_12；在SOPCBuilderSystem中選擇我們剛才建立好的工程，CPU欄會自動選擇，如上圖所示，點擊Finish，系統(tǒng)會自動生成一個循環(huán)點亮LED的軟件工程。軟件工程的編譯#include"system.h"#include"altera_avalon_pio_regs.h"#include"alt_types.h"intmain(void)__attribute__((weak,alias("alt_main")));intalt_main(void)alt_u8led=0x0;while(1)IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x030c);Usleep(10000000);IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x0492);Usleep(5000000);IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x0861);Usleep(10000000);IOWR_ALTERA_AVALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x0492);Usleep(5000000);i=0;While(i<200000)i++;return0;右鍵單擊工程，選擇BuildeProject.選擇RUN->runas->NiosInstructionSetSimulator.可以看到12個交通燈中，先綠燈亮10秒，再黃燈亮5秒，再紅燈亮10秒，最后再黃燈亮5秒。四、實驗總結(jié)通過本次設(shè)計，培養(yǎng)自己綜合運用所學(xué)知識、獨立分析和解決實際問題的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，并獲得科學(xué)研究的基礎(chǔ)訓(xùn)練，加深對軟件的了解；熟悉各個引腳的功能，工作方式，計數(shù)/定時，I/O口，等相關(guān)原理，鞏固學(xué)習(xí)SOPC的相關(guān)內(nèi)容知識。在這次設(shè)計過程中