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本科毕业论文(设计)
题目:出租车计费器的仿真及NiosII的设计
学院:自动化工程学院
专业:电子信息科学与技术
班级:2004级2班
姓名:逄金波
指导教师:章平
2016年6月8日
出租车计费器的仿真及NiosII的设计
TheSimulationofTaxiFeeCalculator
andDesignofNiosII 摘 要
本文描述了QuartusII进行数字系统设计的一般方法,介绍了ROM的定制及数据的填充.本文在参考现有VHDL数字系统设计的大量文献后,进行了出租车计费器,转向灯及音乐盒的系统集成.利用可编程逻辑阵列FPGA实现了出租车计费器系统,同时实现了转向灯的模拟,将乐曲存进ROM,当司机劳累的时候可以欣赏一曲音乐.方案利用QuartusⅡ开发工具在ALTERACyclone系列EP1C6器件上进行了实现.本文还对SoPC的设计进行了探讨,设计了NiosII系统,并基于该系统对循环点亮LED灯的程序进行了仿真.
关 键 词出租车计费器音乐盒转向灯场可编程门阵列片上可编程系统
Abstract
Thisarticledescribesthegeneralmeanstodesigndigitalsystem,illustratingtheuseofSingalTap.Aftermuchreference,theauthordidthesystemintegrationfortaxifeecalculator,lightsforturnsandmusicbooks.ThetaxifeecalculatorisrealizedusingFPGAAlso,lightsforturnsissimulated,withamusicROMforstoringthefamousmelody"liangzhu".Whenthetaxidriverwasexhausted,he/shecanlistentothemusicforfun.QuartusIIdevelopmenttoolwasusedinthisissueandAlteraCycloneserialdeviceswasusedtorealizethewholesystem.TheauthoralsoexplorethedesignofSoPCanddesignedasystemofNiosII.TheprogramoflightingseveralLEDsissimulatedbasedinthissystem.
KeywordsTaxiFeeCalculatorMusicBoxLightsforTurnsFPGASoPC 目录
前言1
第1章设计思路及原理2
1.1研究意义2
1.2总体设计任务2
1.3设计思路及原理2
1.3.1出租车计费器总体框图2
1.3.2NiosII系统设计3
第2章出租车计费器及音乐盒设计4
2.1总体设计4
2.2计费器模块5
2.2.1模块JIFEI5
2.2.2模块X6
2.3转向灯模块9
2.3.1模块KONG9
2.3.2模块LFTA10
2.3.3模块RITA11
2.3.4误按键提示模块SPK12
2.4音乐盒模块12
2.4.1乐曲演奏顶层设计13
2.4.2NoteTabs模块14
2.4.3模块ToneTaba14
2.4.4Speakera模块15
2.4.5IP核MegacoreROM的定制16
第3章NiosII硬件设计与配置18
3.1设计准备18
3.1.1选定目标器件18
3.1.2开始建立NiosII嵌入式系统19
3.2加入组件20
3.2.1加入NiosIICPUCore20
3.2.2加入JTAGUART21
3.2.3加入定时器Timer22
3.2.4加入输入键I/O口23
3.2.5加入8个发光管I/O口24
3.2.6加入2个7段数码管I/O输出口24
3.2.7加入Avalon三态总线桥24
3.2.8加入外部Flash25
3.2.9加入系统ID组件26
3.2.10加入EPCSSerialFlashController组件26
3.2.11加入外部SRAM组件27
3.3NiosII系统生成前设置28
3.3.1地址自动分配设置28
3.3.2复位地址和程序运行区域设置28
3.3.3系统文件生成29
3.4NiosII硬件系统生成30
3.4.1加入原理图模块30
3.4.2编译31
3.5NiosII硬件配置32
3.5.1向FPGA下载配置文件32
第4章NiosIIIDE软件设计与调试33
4.1NiosIIIDE中的C程序设计33
4.1.1进入集成开发环境IDE33
4.1.2建立C软件开发工程33
4.2NiosIIIDE软件编译与运行35
4.2.1编译运行C程序35
4.2.2观察运行结果36
结束语37
谢辞38
参考文献39
前言
随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展,在通信,航天,计算机应用等领域的电子系统设计中,电子设计自动化(EDA)技术正以的速度发展和应用.可编程逻辑器件(ProgrammableLogicalDevice),可以通过软件编程对器件的硬件结构和工作方式进行重构,使得硬件的设计如同软件的设计那样方便快捷,为电子系统的设计带来极大的灵活性.尤其是现场可编程门阵列(FPGA),因其功能强大,设计灵活,设计性能上已完全能够与ASIC媲美,而越来越受到广泛的应用.目前FPGA的发展的两大趋势是实现更高密度,更大容量的千万门级系统,MCU,DSP,MPU等嵌入式微处理器以IP核的形式嵌入到FPGA中,成为FPGA应用的核心,尤其是Altera和Xilinx公司纷纷推出高性价比的新一代超大规模可编程逻辑器件,在嵌入式产品设计中已能够实现更多的功能并发挥着越来越重要的作用.Xilinx公司最新推出的Spartan3E系列和Virtex4系列FPGA,其百万逻辑门密度产品的批量价格仅为十美圆左右,而在这样的逻辑门密度下,可以嵌入十个以上的32位RISC处理器内核,或者同时实现多处理器并行和DSP算法的FPGA,使得可编程片上系统(SystemonProgrammable)的实现成为了可能,Altera公司的Cyclone系列高性价比FPGA也是同类产品的典型代表.
可编程逻辑器件密度的不断提高,可以在FPGA中嵌入更多的数字设计,如PCI控制器,以太网控制器等,使得FPGA和ASIC在很多应用领域的分割界限被打破,FPGA在很多对上市时间和设计灵活性有苛刻要求的场合取代了ASIC的应用.但是ASIC设计的复杂性使得FPGA应用工程师无法在短时间内完成产品的功能设计,知识产权复用技术因此也开始出现在FPGA工程应用领域.在可编程逻辑器件厂商开始提供IPCore参考设计和出现如OpenCore等开放源代码IPCore开发团体外,商业化的IPCore产品和专业公司也开始不断涌现,而且这种趋势正在迎合日趋复杂和日益普遍的FPGA开发应用要求.由Altera,Xilinx等可编程逻辑器件厂商倡导的可编程片上系统设计(SOPC)技术已在通信,工业控制等很多领域得到实际应用可编程片上系统(SOPC)作为一种特殊的嵌入式微处理器系统,结合了SOC和FPGA各自的优点,即由单一芯片完成整个系统的主要逻辑功能,同时它是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁减,可扩充,可升级,并具备软硬件在系统可编程的功能.IPCore的不断丰富和完善奠定了SOPC的基础,先进的百万门级的FPGA开发软件和工具为SOPC提供了平台,微处理器IPCore的嵌入解决了SOPC的最关键问题,这些都推动着SOPC设计不断发展并走向主流.
第1章设计思路及原理
1.1研究意义
如今的出租车遍布大街小巷,如何降低成本以及给司机和顾客带来愉悦的感受,显得很有必要.以前有人用单片机[3]设计了出租车计费系统,优点是方便编程,统一修改计费价格很方便,缺点是单片机的资源利用率低,导致了不必要的成本[4].本文旨在降低出租车计费系统的价格,引入了FPGA的平台,在FPGA上实现系统的功能,然后,设计专用芯片,节省硬件资源,降低了营运成本,给司机和顾客带来了实惠.
SOPC(SystemonaProgrammableChip)是一种灵活,高效的SOC解决方案[2].它具有双重含义:首先它是片上系统(SOC),由单个芯片完成整个系统的的主要逻辑功能,其次他是可编程系统,具有灵活的设计方式,可裁减,可扩充,可升级,并具有软硬件在系统可编程的功能.本文对SOPC的定制及应用作了探讨.
1.2总体设计任务
本论文进行了两方面的探究工作.
第一部分是:设计一个出租车计费器系统,能根据按键模拟启动,停止,暂停,加速,数码管显示里程及车费.实现计费功能,计费标准为:起步价7元,并在车行3km后,每公里2.2元计费,当计费器达到或超过20元时,每公里加收50%的车费,即每公里收3.3元,车停不计费[5].发挥部分增加一个转向指示灯模块,模拟出租车转向灯,增加一个音乐盒,能播放一首或几首乐曲.
第二部分是:设计一个NiosII系统,下载到SOPC试验箱里的Cyclone芯片上,基于该系统设计一个点亮LED的程序,进行软件仿真,并在硬件上NiosII调试[8].
1.3设计思路及原理
1.3.1出租车计费器总体
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