SOPC课程设计大型作业任务书.doc

上 海 电 力 学 院

课程设计（大型作业）任务书
（2009 /2010 学年第 二 学期）

课程名称 SOPC课程设计
课程代码 1307132
院（系） 计信学院
专 业 电子信息工程
班 级
学 生
时 间 19/20周

一、 设计目的
本课程的授课对象是电子信息工程专业本科生，是电子类专业的一门重要的实践课程，是理论与实践相结合的重要环节。本课程作为《SOPC技术与应用》的后续实践课程，有助于增强学生对SOPC技术的理解，掌握SOPC设计方法及调试能力，为今后从事现代电路设计与调试工作打下扎实的基础。
二、 设计内容、要求及组织形式
本课程要求学生在掌握FPGA技术和SOPC技术的基础上，以QuartusII、SOPC Builder和Nios II IDE等软件为工具，分别完成SOPC的硬件模块设计和软件模块设计。设计题目：LCD日历电子钟、多功能数字钟、交通信号灯和抢答器。采用一人一题的方式，课堂形式则采用讲授与上机相结合。

三、 设计进度安排（时间及地点）
地点：计信学院实验室304
时间：19-20周
第1天 分析各设计的工作原理、设计目的
第2天 硬件模块设计
第3天 软件流程图设计，整理设计思路
第4天 对软件模块进行划分
第5-8天 完成模块的代码编写、调试、运行
第9天 报告撰写
第10天 答辩
下面给出四个任务的具体要求。
任务一： LCD日历电子钟
1．实验任务及要求
（1）日历电子钟的显示：用NiosII DE2开发板实现电子钟功能。用LCD显示电子钟的日期和时间。LCD分两行显示，第一行显示年、月和日（如：20090201）；第二行显示时、分和秒（如16:20:30）。
（2）日历电子钟的修改：用输入按钮KEY[0]来控制LCD行修改，同时让DE2板上的绿色发光二级管LEDG3的亮与灭来表示这个选择。当KEY[0]按下一次后，LEDG3亮，可以修改年、月和日的数字；再按一次KEY[0]后，LEDG3灭，可以修改时、分和秒的数字。另外用输入按钮KEY[3]来控制日期和时间的修改，当处于日期修改方式时，每按动一次KEY[3]按钮，依次更换“年”、“月”和“日”的修改。当处于时间修改方式时，每按动一次KEY[3]按钮，依次更换“时”、“分”和“秒”的修改。修改对象被选中后，按动KEY[2]输入按钮可以增加显示的数字；按动KEY[1]输入按钮可以减少显示的数字。
2．实验原理
SOPC的硬件模块包括：
处理器：Nios II
存储器：SDRAM
PIO：LEDG、KEY
显示：LCD
定时器：Timer（20ms）
调试口：JTAG UART
软件模块的设计进程可分为以下几个步骤：
（1） 电子钟功能的实现。可通过定时器定时1s“秒”加1，依次对“分”、“时”加1，实现简单的电子钟功能。
（2） 日历的实现。在上述电子钟的基础上，每24个小时“日”加1，依次对“月”和“年”加１，实现日历的功能。
（3） LCD显示。将上述时间与日期显示在LCD上。
（4） 时间和日期的调整。在程序中需要加入按键中断程序，通过判断按键值按要求实现相应的功能。

3．实验报告要求
（1）画出（或打印出）硬件电路图。
（2） 画出（或打印出）程序流程图。
（3） 解释程序中各部分的功能。
（4）书写实验报告时应结构合理, 层次分明。

任务二： 多功能数字钟
1．实验任务及要求
（1）主体功能
设计一个多功能数字钟，包含以下主要功能：
1.计时及校时，时间12小时制显示
2.秒表：启动/停止/保持显示/清除
4.闹钟：设定闹钟时间，整点提示

（2）输入输出界面
输入：4个Key
输出：8位7段码，8个LED
4个按键从左到右为：Key3、key2、Key1，Key0，功能在不同模式下定义不同：
Key0：显示模式键；
Key1：时间、闹钟模式下的设置选择键或秒表模式下的取时间键；
Key2：时间、闹钟设置时所调对象加1或秒表模式下的开始/停止键；
Key3：复位键。
8位7段码从左到右编号为7-0
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7
6
5
4
3
2
1
0
两个LED分别指示闹钟与整点提示的开关状态。
（3）详细功能及状态描述：
总体分四种模式，由Key3切换
l 时间显示模式：
初始状态为12小时制显示当前时间：小时(7-6位)/分(5-4位)/秒(3-2位)，（1-0位）不显。
当按下key1时，可以进行时、分设置选择。按Key1进行调节对像选择顺序如下表：
Key1
--->

调整小时
Key1
--->

调整分
Key1
--->

不调整
--┐
<-┘
选择好调整对象后，按Key2一下，所调对像加1。设置某一部分时，要断开相关的进位链，如：正在调分时，应忽略秒的进位脉冲，并且满60的进位也不能影响到后面的小时。
按Key3进入下一模式：秒表模式

l 秒表模式
进入秒表模式后，按下key2即开始计时；按下key1则将当前的秒表数据显示在LCD上，而秒表还在继续，直到再次按下key2停止计时。若要重新运行秒表则可以按下key3复位，秒表从0开始计时。
显示:小时(7-6位)分钟(5-4位)/秒(3-2位)/百分秒(1-0位)
按Key3(ModeKey)进入下一模式：闹钟模式

l 闹钟模式
按Key1进行调节对像选择，选择顺序如下表：
Key1
--->

调整小时
Key1
--->

调整分
Key1
--->

闹钟开关
Key1
--->

整点提示开关
Key1
--->

不调整
--┐
<-┘

选择好调整对象（时、分）后，按Key2一下，所调对像加1；选择闹钟开关或整点提示开关设置时，按下key2后，开关状态取反。
按Key3(ModeKey)回到时间显示模式。

2．实验原理
SOPC的硬件模块包括：
处理器：Nios II
存储器：SDRAM
PIO：LEDG、KEY
显示：7段码、LCD
定时器：Timer（20ms）
调试口：JTAG UART
软件模块的设计进程可分为以下几个步骤：
（1）按键接口模块
功能：判断按键输入值，从而作出相应的动作。主要是通过按键中断来实现的。

（2）时钟、秒表计时模块：时钟每秒加1，主要是通过定时器每秒定时完成的。

（3）模式切换模块：通过按键切换当前模式及设置选择。

（4）时钟、秒表校时模块：根据模式和设置选择的不同，对各时间部分进行计数及设置

（5）显示控制模块
控制不同模式下显示不同的内容，以及调节时闪烁显示。
3．实验报告要求
（1）画出（或打印出）硬件电路图。
（2） 画出（或打印出）程序流程图。
（3） 解释程序中各部分的功能。
（4）书写实验报告时应结构合理, 层次分明。

任务三： 交通信号灯
1．实验任务及要求
（1）用红、绿、黄三色发光二极管作信号灯。
（2）当主干道允许通行亮绿灯时，支干道亮红灯，而支干道允许亮绿灯时，主干道亮红灯。
（3）主支干道交替允许通行，主干道每次放行45s、支干道25s。设计45s和25s计时显示电路。主干道在通行45s后，若支干道无车，则主干道的绿灯继续亮，直到支干道有车，绿灯才开始交替。
（4）在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间，要亮5s的黄灯作为过渡，以使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外，设置5s计时显示电路。
（5）输入输出界面
输入： 1个开关SW
输出：8位7段码
1个开关SW表示支干道上是否有车
8位7段码从左到右编号为7-0
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7
6
5
4
3
2
1
0
通行时间倒计时时间显示在（1-0位）。
2．实验原理
SOPC的硬件模块包括：
处理器：Nios II
存储器：SDRAM
PIO：LEDG、SW
显示：7段码
定时器：Timer（20ms）
调试口：JTAG UART
支干道是否有车辆到来可利用传感器进行检测，本设计用开关代替；有车到来，开关闭合（sw＝1），反之，开关断开（sw＝0）。
根据设计要求，各信号灯的工作顺序流程图如下图所示。四个路口均设有红、黄、绿三色信号灯和用于计数的两位数码管显示的十进制计数器。

3．实验报告要求
（1）画出（或打印出）硬件电路图。
（2） 画出（或打印出）程序流程图。
（3） 解释程序中各部分的功能。
（4）书写实验报告时应结构合理, 层次分明。

任务四： 抢答器
1．实验任务及要求
(1)抢答器可容纳四组12位选手，每组设置一个抢答按钮供选手使用。
(2)电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位后，灯闪烁提示抢答开始，时显示器显示初始时间并开始倒计时，若参赛选手按抢答按钮，则该组指示灯亮并用组别显示器显示选手的组别。此时，电路具备自锁功能，使其它抢答按钮不起作用。
(3)如果无人抢答，计时器倒计时到零，主持人可以按复位键，开始新一轮的抢答。
(4)设置犯规功能。选手在主持人按开始键之前抢答，则认为犯规，犯规指示灯亮和显示出犯规组号，主持人可以终止抢答执行相应惩罚。
(5)抢答器设置抢答时间选择功能。为适应多种抢答需要，系统设有10秒、15秒、20秒和3O秒四种抢答时间选择功能 。
（6）输入输出界面
输入：4个按键Key、4个开关SW
输出：8位7段码
4个按键从右到左为：Key0、key1、Key2，Key3；代表4位选手，只要检测到1位选手按下按键则关闭按键中断，其他按键按下无效。
4个开关SW从右到左为：SW0、SW1、SW2、SW3；功能在不同模式下定义不同：
SW0：复位秒表计时，抢答暂时处于暂停状态，如果此时有人按下Key则意味着犯规，其相应分值减1；
SW1：选择抢答时间的设置值，分别为10秒、15秒、20秒和3O秒四种抢答时间；
SW2：所有选手的分数值清零键；
SW3：主持人的开始键，当主持人按下该键则抢答开始。
8位7段码从左到右编号为7-0
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7
6
5
4
3
2
1
0
4位选手的分值分别显示在（3-0位）；秒表的倒计时时间显示在（5-4位）
2．实验原理
SOPC的硬件模块包括：
处理器：Nios II
存储器：SDRAM
PIO：LEDG、KEY、SW
显示：7段码
定时器：Timer（20ms）
调试口：JTAG UART
软件模块包括以下几部分：
（1）主持人控制模块
在抢答比赛开始前，主持人可通过SW2将选手的分数全部清零；然后，通过SW1选择抢答时间的设置值可以是10秒、15秒、20秒和3O秒4档，设置的时间可同时显示在7段码（5-4位）；上述值全部设定完成后，通过SW3抢答开始；如果要进行新一轮的抢答则按下SW3重新开始。
（2）选手抢答模块
4位选手可以通过按下相应的Key进行抢答，程序中可通过按键中断来判断是哪个按键按下，一旦判断到有按键按下则关闭按键中断，其他按键将不再起作用。
（3）定时模块
定时模块是通过定时器完成的，当主持人按下开始键后，秒表计时开始倒计时；当时间减到0时，没有选手按下按键，则本次抢答无效，重新开始新一轮抢答。

3．实验报告要求
（1）画出（或打印出）硬件电路图。
（2） 画出（或打印出）程序流程图。
（3） 解释程序中各部分的功能。
（4）书写实验报告时应结构合理, 层次分明。

四、 考核形式及成绩评定办法
本课程采用平时分、作品分、实验报告、答辩三部分成绩来综合评定学生的成绩，着重考查学生对SOPC相关知识的掌握程度。平时考勤成绩占20％，实验作品成绩占50％，实践报告成绩占10％、答辩占20％，成绩按百分制评定。