SOPC实验指导书
SOPC试验指导
1．实验目的 (1)2．实验内容 (1)3．预备知识 (1)4．实验设备 (1)5．基础知识 (1)(1)SOPC的基本概念 (1)(2)NIOS II简介 (1)(3)Avalon总线简介 (1)(4)开发工具简介 (2)6．实验过程 (3)(1)Quartus II的应用—跑马灯工程开发流程 (3)设计输入_控制模块 (4)编译工程 (15)工程仿真 (17)设计输入_分频模块 (20)锁定引脚 (22)下载配置文件 (24)(2)创建基于NIOS II的SOPC硬件系统 (26)创建系统模块 (26)编译工程 (34)锁定引脚 (34)(3)开发基于NIOS II的软件工程 (34)创建工程 (34)编译工程 (39)工程仿真 (39)SOPC实验指导1．实验目的(1)了解SOPC设计技术(2)了解基于软核的嵌入式系统设计的原理和技术(3)学习并掌握一种系统定制的方法2．实验内容(1) 创建并完成一个基本的跑马灯工程,熟悉Altera综合开发平台Quartus II 的应用(2) 利用SOPC Builder创建基于NIOS II的SOPC硬件系统(3) 利用NIOS II IDE开发应用程序，利用软件实现控制一个LED灯闪烁3．预备知识(1)C语言基础、VHDL或Verilog语言基础(2)程序调试的基础和方法4．实验设备(1)硬件：NIOS II Evaluation Kit(基于Cyclone EP1C12)、PC机；(2)软件：操作系统(Windows98/2000/XP)、Quartus II、NIOS II IDE。
5．基础知识(1)SOPC的基本概念z SOPC即片上可编程系统，这种技术基于FPGA芯片，将处理器、存储器、I／O口等系统设计需要的模块集成到一起，完成整个系统的主要逻辑功能，具有设计灵活，可裁减、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可编程的功能。
(2)NIOS II简介z在很多对速度的要求不是很高的低端应用，Altera将一个软核放入PLD，这 个软核就是NIOS，它只占芯片内部很少的一部分逻辑单元，成本很低。
SOPC实验指导书(EP2C20Q240C8)
目录目录 (1)第一章系统的硬件单元及使用说明 (2)一、本实验箱的结构特点： (2)二、各模块电路说明： (3)1、数码管显示模块 (3)2、AD 转换模块 (3)3、DA 转换模块 (4)4、以太网模块 (4)6、VGA接口模块 (5)7、PS/2接口模块 (6)8、串行接口模块 (6)9、开关量输入输出模块 (7)10、按键模块 (7)11、LED 灯指示模块 (8)12、音频接口模块 (8)13、TFT液晶接口模块 (9)14、USB接口电路 (9)第二章QUARTUS II和NIOS II 软件的使用方法 (10)一、Q UARTUS II软件的使用方法 (10)二、SOPC B UILDER /N IOS II IDE软件使用方法 (19)第三章VHDL基本程序设计实验 (27)实验一组合逻辑半加器的设计 (27)实验二使用VHDL设计组合逻辑全加器 (34)实验三带进位输入的8位加法器 (40)实验四全减器 (43)实验五四位向量加法/减法器 (46)实验六组合逻辑3-8译码器的设计 (48)实验七数据比较器 (51)实验八多路数据选择器 (53)实验九编码器 (56)实验十计数器 (59)实验十一7段数码管控制接口 (62)实验十二16*16点阵设计 (64)实验十三MOORE机 (68)实验十四MEALY机 (71)实验十五D/A接口 (74)实验十六A/D接口 (76)第一章系统的硬件单元及使用说明一、本实验箱的结构特点：1、系统构成SOPC综合实验系统开发实验平台采用ALTERA Cyclone II EP2C20处理器，集众多功能于一体，采用全新的"主控制板+……+核心板+平台主板"自由组合式结构。
根据实验研发需求，可实现基于ALTERA、XILINX、ACTEL、Lattice等厂家的软核/硬核处理器相结合的嵌入式系统设计。
本实验系统实验平台功能强大，硬件接口丰富，平台嵌入式软件除支持C、C++语言开发之外，还支持uC/OS II、uClinux嵌入式操作系统。
SOPC实验指导书2
3.2 构建比较复杂的Nios II系统实验实验目的：1. 强化使用IP核构建系统的设计思想，学习使用SDRAM 等IP软核的方法；2. 学习使用MegaWizard Plug-In Manager添加PLL IP软核进行时钟倍频的方法。
实验内容：在前面实验的基础上添加SDRAM及用于倍频的锁相环，构建比较复杂的Nios II系统。
实验原理：FPGA片内嵌入式锁相环PLL可以与一输入的时钟信号同步，并以其作为参考信号实现锁相，从而输出一至多个同步倍频或分频的片内时钟，以供逻辑系统应用。
与直接来自外部的时钟相比，这种片内时钟可以减少时钟延时和时钟变形，减少片外干扰；还可以改善时钟的建立时间和保持时间。
实验设备：SOPC核心板、USB-Blaster下载线、电源。
实验步骤：1：打开工程如实验3.1方法，创建工程，工程名为nios_os，打开SOPC Builder；2：构建一个复杂的Nios 系统打开SOPC Builder，生成的Nios起名为nios_ucos，在Clock时钟设置中，填入所需要的时钟，48M；在对Nios II核选择时，选为标准型（Nios II/s），如图3-2-1所示：图3-2-1 Nios II处理器选型窗口在Caches & Tightly Coupled Memories的设置中，将Instruction Cache的设置改为2 Kbytes。
图3-2-2 指令缓存设置其它的按默认设置即可，更改cpu_0名称为cpu。
添加SDRAM控制器软核，双击Memory下的SDRAM Controller，数据位设置为16位，片选1位，4块banks，地址线12行，8列，其他参数设置及时序设置见图3-2-4：其中，Memory Profile的设置如图3-2-3所示：图3-2-3 SDRAM基本参数设置Timing的设置如图3-2-4所示：图3-2-4 SDRAM时序参数设置将sdram_0重命名为sdram，注意sdram的参数设置必须正确，否则将不能使用，时序参数的设置可以参考芯片的数据手册根据需要适当调整。
《SOPC设计与应用技术》研究性实践教学指导书-学生
东华理工大学自编教材2011年6月《SOPC设计与应用技术》研究性实践教学指导书编写黄乡生东华理工大学机械与电子工程学院二○一一年六月随着电子技术的发展，特别是集成电路技术的发展，使电子电路逐步告别分立元件时代，向小型化、集成化方向发展，要开发拥有自主知识产权的硬件电路，就必须进行ASIC（Application Special Integrated Circuit 专用集成电路）、SOPC（System on Programmable Chip单片可编程系统）的设计，就必须使用和掌握现代EDA（Electronic Design Automation 电子设计自动化）技术，这是科学技术的发展对教学内容提出的新要求。
目前，“数字电子技术基础”知识仍然是数字电路和数字系统的基本设计方法。
为了适应新世纪人才培养的需要，紧跟新技术的发展，要求学生掌握数字系统设计的新方法，用现代EDA 技术解决传统的数字系统设计问题。
EDA技术对于高等学校工科电子类学生能力培养的重要性已经非常明确，但是如何合理安排教学内容，如何实施实践教学，使学生在有限的时间内尽快掌握EDA的基本方法，对于《EDA技术与应用》这门实践性非常强的课程来说是应该首先加以研究的重要问题。
基于上述考虑，我们提出“研究性实践”教学方法的理念，作为实践教学改革的一种尝试，这正是编写这本教材的出发点。
本教材完全摒弃了一般EDA教材先给出实验原理、方法、步骤，学生照搬教材内容、按部就班就可完成实验的编写套路。
《EDA技术与应用研究性实践教学指导书》分为基本研究方法实验、实验的综合设计与研究、课题研究与设计实现等三个部分。
三个部分既互相关联又相对独立是一个内容由浅入深、由易到难、逐层递进的有机整体。
前两个部分实验都有原理介绍或实例，然后给出实验或综合设计题目、要求但是不给出程序，最后均有思考题。
每个实践内容都要求学生预习，填写预习报告，由指导老师评分。
sopc实验指导书(1)
CON目录第一章实验箱简介 (2)第二章EDA实验单元 (5)实验一七人表决器 (5)实验二格雷码变换 (13)实验三BCD码加法器 (15)实验四四位全加器 (17)实验五四人抢答器 (19)实验六四位并行乘法器 (20)实验七设计基本触发器 (21)实验八设计74LS169计数器功能模块 (25)实验九步长可变的加减计数器 (27)实验十可控脉冲发生器 (28)实验十一正负脉宽数控调制信号发生器 (30)实验十二序列检测器 (32)实验十三四位并行流水乘法器 (34)实验十四出租车计费器 (37)实验十五多功能数字钟 (39)实验十六数字秒表 (41)实验十七频率计 (43)实验十八交通灯控制器 (45)实验十九数码锁 (47)实验二十VGA彩条发生器 (49)附录 (51)第一章实验箱简介EDA/SOPC实验箱是集EDA和SOPC开发为一体的综合性实验箱，它不仅可以独立完成几乎所有的EDA设计，也可以完成大多数的SOPC开发。
采用Altera公司的Cyclone系列的12万门FPGA为核心，整个系统采用模块化设计，各个模块之间可以自由组合，使得该实验箱的灵活性大大提高。
同时实验箱还提供了丰富的接口模块，供人机交互，从而大大增加了实验开发者开发的乐趣，满足了普通高等院校、科研人员等的需求。
开发工程师可以使用VHDL语言、Verilog HDL语言、原理图输入等多种方式，利用Altera公司提供的Quartus II及Nios软件进行编译，下载，并通过EDA/SOPC实验箱进行结果验证。
实验箱提供多种人机交互方式，如键盘阵列、按键、拨挡开关输入；七段码管、大屏幕图形点阵LCD显示；串口通信；VGA接口、PS2接口、USB接口、Ethernet接口等，利用Altera 公司提供的一些IP资源和Nios 32位处理器，用户可以在该实验箱上完成不同的SOPC设计。
EDA/SOPC实验箱提供的资源有：●Altera公司的EP1C6Q240C8，12万门级FPGA，另外可选配更高资源的FPGA●FPGA配置芯片采用可在线变成的EPC2，通过JTAG口和简单的跳线即可完成设计的固化●1个数字时钟源，提供48MHz、12MHz、1MHz、100KHz、10KHz、1KHz、100Hz、10Hz、2Hz和1Hz等多个时钟●1个模拟信号源，提供频率和幅度可调的正弦波、三角波和方波●两个串行接口，一个用于SOPC开发时的调试，另一个可以完成其它的通信●1个VGA接口●1个PS2接口，可以接键盘或鼠标●1个USB接口，利用PDIUSBD12芯片实现USB协议转换●1个Ethernet接口，利用RTL8019芯片实现TCP/IP协议转换●基于SPI接口的音频CODEC模块●1个输入、输出探测模块，供数字信号的观察●16个LED显示●8个拨挡开关输入●8个按键输入●1个4X4键盘阵列●8个七段码管显示●1个扬声器模块●1个交通灯模块●1个直流电机模块●1个高速AD和1个高速DA●240×128大屏幕图形点阵LCD显示●存储器模块提供256K×32Bit的SRAM和2M×8Bit的FLASHROM实验箱基本布局如下图1-1所示：图1-1 EDA/SOPC 试验箱系统布局下面就部分模块做简要介绍。
SOPC实验指导书
篇一：sopc实验指导书sopc实验3.1使用niosⅱ ide建立用户程序1.创建一个新的c/c++应用工程执行下面的步骤来创建一个新的c/c++应用工程：1. 启动niosⅱ ide。
选择【开始】??【程序】??【altera】??【quartusⅱ 5.0】??【nios ⅱ development kits 5.0】??【niosⅱ ide】启动niosⅱ ide。
也可以通过图1.1直接点击ⅱ ide。
按钮来启动nios图1 启动niosⅱ ide2.如果出现workspace launcher对话框，单击设置工作空间为quartusⅱ工程的文件夹，如图2所示，这样便于管理。
如果是第一次进入工作区，niosⅱ ide会先弹出一个欢迎界面，此时点击右上角的workbench图标，就可以进入niosⅱ ide编辑界面。
图2设置ide工作空间3.如图3所示，选择【file】??【new】??【c/c++ application】来打开新建c/c++工程向导，如图4所示。
图3打开新建c/c++工程向导1图4新建c/c++工程向导4.单击select target hardware右侧的按钮打开select target hardware窗口，选择led_nios2_system.ptf文件，即指向当前硬件设计系统，如图5所示。
图5选择硬件目标文件5.选择select project template列表中的hello_led。
name栏中自动更新为hello_led_0，确认选中use default location栏，如图6所示，单击完成工程创建。
2图6完成设置后的工程向导向导中的select project templates一栏中是已经设计好的软件工程，用户可以选择其中的一个，把它当作模板来创建自己的工程。
当然也可以选择blank project（空白工程），完全由用户写所有的代码。
本实验选取了hello_led工程，然后在此基础上进行适当的修改，一般情况下这比空白工程更加容易，也更方便。
SOPC实验指导书1
SOPC实验指导书钮文良韩玺编著北京联合大学信息学院2007年12月6日目录第1章SOPC实验系统介绍 (3)1.1 系统硬件平台设计 (3)1.2 系统软件实验开发 (7)1.3 SOPC系统实验介绍 (8)第2章SOPC基本概念与基本原理 (10)2.1 SOPC技术 (10)2.2 基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统 (11)2.3 SOPC设计 (13)第3章SOPC设计开发案例 (14)3.1 Nios控制LED实验 (14)3.2 构建比较复杂的Nios II系统实验 .................................. 错误！未定义书签。
3.3 SOPC下μC/OS II操作系统移植实验............................ 错误！未定义书签。
3.4 Nios II控制下的UART串行接口通信实验 .................. 错误！未定义书签。
3.5 底板8×8点阵LED图形实验 ......................................... 错误！未定义书签。
3.6 VGA&SVGA接口显示器彩条信号发生器实验............ 错误！未定义书签。
3.7 按键控制数码管计数器实验 ........................................... 错误！未定义书签。
3.8 信号发生器设计实验 ....................................................... 错误！未定义书签。
3.9 底板键盘控制SOPC实验板数码管实验 ....................... 错误！未定义书签。
3.10 4位按键控制下的LED、数码管SOPC计数实验...... 错误！未定义书签。
3.11 基于SOPC的128*64 LCD显示实验 .......................... 错误！未定义书签。
SOPC实验指导书5
3.9 底板键盘控制SOPC实验板数码管实验实验目的：1. 了解键盘的工作原理，以及学习基于Nios II的SOPC系统上，如何运用寄存器访问外围设备的方式；2. 熟悉数码管显示的基本原理和实现方法。
实验内容：进一步熟悉SOPC builder来建立系统，了解寄存器如何访问外围设备的方式，在实验板上实现键盘控制数码管的显示。
实验设备：SOPC核心板、USB-Blaster下载线、开发实验底板、电源、PC。
实验步骤：1：打开工程在3.5实验的基础上进行修改，打开工程，运行SOPC Builder。
在SOPC Builder中修改原本的输出shuju_pio口为输入shuju_pio口，修改方法为双击shuju_pio，做如图3-9-1修改，其他采用默认：图3-9-1 shuju_pio设定为输入口然后点击Finish如图3-9-2：图3-9-2 系统电路组成元件设置完成后，重新生成系统，在quartus II中，右击鼠标，会调出如图3-9-3，点击Update Symbol or Block…选项：图3-9-3 更新电路出现如图3-9-4所示框图，然后选中第三项，点击OK：图3-9-4 更新所有的模块会发现原本的输出shuju_pio口成为输入shuju_pio口，连接电路，如图3-9-5：图3-9-5 系统电路图2：管脚分配可以用Assigments pins来分配管脚，在3.5实验基础上，管脚不变。
3：设定不用的管脚：选定Assignments—〉Settings…对不用的管脚进行分配，如图3-9-6修改：在Device & Pin Options…中进行修改，如图3-9-7：图3-9-7 器件与管脚选项在未使用的管脚（Unused Pins）—>Reserve all unused pins中设定：As input tri-stated withweak pull-up，做如图3-9-8所示修改：图3-9-8 未用管脚设置4：编译工程编译整个工程，进行管脚分配，成功则完成硬件设计，否则返回检查；7：硬件下载将生成的.sof文件下载到目标板上，然后进入；8：软件调试运行打开Nios II IDE，选择File->NEW->C/C++ Application，在Select Project Template中选择hello_led，点击Next，选中Create a new system library named，单击Finish完成；9：编译并运行Nios II软件工程在Nios II软件开发中，运行底板键盘控制SOPCD实验板数码管显示程序，中间有一个译码的过程，该程序的流程图如图3-9-9所示：图3-9-9 软件程序流程图以hello_led为模板编译软件工程。
EP2C35F672C6sopc实验
3 3.1
SOPC
� （1）掌握 SOPC 基本的开发流程。 （2）熟悉 QuartusII 软件的使用。 （3）熟悉 NiosII IDE 集成开发环境。 � � （1） 在 D:\sopc\works\下建立一个 hello_led 文件夹 （2） 打开 QuartusII， 点击下拉菜单中的 New project Wizard…会弹出如图 3.1.1 对话 框 将 8 位 LED 灯点亮，进行流水灯控制。
图 3.1.2 选定器件 （5） 点击 Tools 下拉菜单下的 SOPC Builder 工具，出现如图 3.1.3 对话框：
图 3.1.3 设定名称 （6） 在系统名称（System Name）中填写为 NiosII32，选择语言为 VHDL 后点击 OK，在 Device Family 中选择使用芯片的系列，这里选 Cyclone II，更改系统 频率为 50MHz，在 Board 中暂时先不选，使用 Unspecified Board，如图 3.1.4 所示；
图 3.1.4 设定芯片及系统时钟 （7） 在左面元件池中选择元件，我们这里需要使用 NiosII 32BIT CPU、调试串口、 led PIO、RAM，首先选择如图 3.1.5 所示的 Nios Processor，双击后会弹出如 图 3.1.6 所示对话框；在 JTAG Debug Module 栏中选择 level 1，点击 Finish 按 钮后返回 SOPC Builder 窗口，将 CPU_0 重新命名为 CPU 如图 3.1.7 所示；
图 3.1.8 JTAG UART 设置 B． C． （9） A. 保持默认选项，点击 Finish，返回 SOPC Builder 窗口。 将 jtag_uart_0 重命名为 jtag_uart. 添加内部 RAM， RAM 为程序运行空间， 该空间越大越有利， 这里使用 4Kbytes; 选择 Memory->On-Chip Memory，双击加入，会出现如图 3.1.9 所示设置向导；
SOPC实验手册
《SOPC技术与应用》实验指导书哈尔滨理工大学自动化学院电子信息科学与技术系2008年10月7日实验一 SOPC快速入门一、实验目的1、学习Quartus II、SOPC Builder、Nios II IDE的基本操作；2、初步了解SOPC的开发流程，基本掌握Nios II软核的定制流程；3、掌握Nios II软件的开发流程；掌握软件的基本调试方法。
二、实验设备硬件：PC机，GW48系列SOPC/EDA实验开发平台；软件：Quartus II 8.0，SOPC Builder 8.0，Nios II IDE 8.0。
三、实验内容建立可用于控制LED闪烁的简单Nios II处理器系统，具体包括：1、在Quartus II中建立一个工程；2、使用SOPC Builder建立并生成一个简单的基于Nios II的硬件系统；3、在Quartus II工程中编译基于Nios II的硬件系统并生成配置文件.sof；4、在Nios II IDE中建立对应硬件系统的用户C/C++工程，编写一简单用户程序，在Nios II IDE中编译程序生成可执行文件.elf；5、将配置文件.sof和可执行文件.elf都下载到FPGA进行调试运行。
四、实验原理控制LED灯闪烁的用户程序代码很小，可将其固化在片内ROM来执行。
变量、堆栈等空间使用片内RAM，不使用任何片外存储器。
整个系统的框图如图1所示。
从图1控制LED闪烁的系统框图可知，其它逻辑与Nios II系统一样可存在于FPGA中。
Nios II 系统可与其它片内逻辑相互作用，取决于整个系统的需要。
为了简单起见，本实验在FPGA内不包括其它逻辑。
图1 控制LED闪烁的系统框图五、实验步骤1、使用Quartus II建立工程2、使用SOPC Builder创建NiosII系统SOPC Builder设计过程不需要按固定顺序进行，本实验采用常用设计步骤。
读者可采用不同的顺序进行SOPC Builder设计。
sopc 实验指导EP2C35
实验一Hello from Nios II一.实验目的1. 熟悉用Quartus II开发SOPC的基本流程。
2. 熟悉用SOPC Builder进行NiOS II CPU开发的基本流程。
3. 熟悉用NIOS II IDE进行C语言编译、下载的基本过程。
4. 掌握NIOS II 集成开发环境。
二.实验内容实验完成的是一个简单的系统设计，系统中包括NIOS CPU 、作为标准输入/输出的JTAG UART、存储器on chip memory和SDRAM、并行输入输出PIO。
通过SOPC 实现NIOS 系统配置、生成以及与NIOS II 系统相关的监控和软件调试平台的生成；在NIOS II IDE中完成系统软件开发和调试；通过Quartus II 完成NIOS 系统的分析综合、硬件优化、适配、配置文件编程下载以及硬件系统调试等。
实验最终实现在NIOS II IDE 窗口打印一条信息——―Hello from Nios II ‖。
三.实验平台硬件平台：SOPC 实验开发系统软件平台：Quartus II 7.0 NIOS II IDE四.实验原理Altera 公司提供的Nios II 嵌入式微处理器软核专为SOPC系统设计核优化，是一种面向用户、可以灵活定制的通用RISC嵌入式处理器。
它采用Avalon总线结构通信接口，带有增强的内存、调试和软件功能，可采用汇编或C、C++等进行程序优化开发。
Nios II具有32位指令集、32位数据通道和可配置的指令及数据缓冲。
与普通嵌入式CPU系统的特性不同，其外设可以灵活选择或增减，可以自定制用户逻辑为外设，可以允许用户定制自己的指令集。
由硬件模块构成的自定制指令可通过硬件算法操作来完成复杂的软件处理任务，也能访问存储器或Nios II 系统外的接口逻辑。
设计者可以使用Nios II及外部的Flash、ROM、SRAM等，在FPGA上构成一个嵌入式处理器系统。
基于NiOS II处理器软核的SOPC系统设计是一个软硬件协同开发的过程，在设计时可分为硬件核软件两部分，需要多款EDA软件和软件开发环境的相互协同配合。
EL-EMCU-I(SOPC)实验指导书
目录第一章 EL-EMCU-I实验系统的资源介绍 (1)一、系统功能概述 (1)二、系统硬件资源 (2)第二章数字可编程设计实验 (18)实验一组合逻辑3-8译码器的设计 (18)实验二半加器 (29)实验三全加器 (30)实验四全减器 (32)实验五 4位向量加法/减法器 (34)实验六向量乘法器 (35)实验七数据比较器 (37)实验八多路数据选择器 (39)实验九编码器 (40)实验十译码器 (43)实验十一二进制码转换成BCD码 (45)实验十二 BCD码转换成二进制码 (47)实验十三 BCD码转换成格雷码 (48)实验十四组合逻辑电路的设计 (50)实验十五简单状态机 (53)实验十六串入/并出移位寄存器 (54)实验十七并入/串出移位寄存器 (56)实验十八多功能寄存器 (58)实验十九单脉冲发生器 (61)实验二十节拍脉冲发生器 (62)实验二十一奇偶检验 (64)实验二十二计数器 (66)实验二十三 7段数码管显示 (68)实验二十四步进电机控制实验 (70)实验二十五蜂鸣器演奏实验 (72)实验二十六继电器和光耦控制实验 (74)实验二十七半导体温度传感器DS18B20实验 (76)实验二十八秒表设计实验 (77)第三章基于NIOS的软核设计实验 (79)实验一 16×16 LED点阵实验 (79)实验二 UART与PC机通信实验 (80)实验三 12位串行A/D实验 (81)实验四 12位串行D/A实验 (84)实验五 RS485通讯实验 (85)实验六基于SOPC的uC/OS-II操作系统应用实验 (88)实验七 7279键盘显示接口实验 (94)实验八压入弹出式IC卡实验 (101)实验九直流电机调速实验 (104)实验十 4相步进电机实验 (106)附录I NIOS II常用函数 (108)附录II USB下载线驱动安装 (119)第一章 EL-EMCU-I实验系统的资源介绍一、系统功能概述EL-EMCU-I型教学实验系统是属于一种综合的教学实验系统，该系统支持8位的8051 / C8051F021等型号、16位的MSP430系列 / AVR系列以及基于Cortex-M3内核的32位群星系列ARM处理器，实现了多模块的应用实验。
SOPC技术及应用实验指导
《SOPC技术原理及应用》实验指导书适用专业:电气、测控等编写单位:电气信息学院编写人:曹林审核人:审批人:批准时间:年月日目录前言MagicSOPC 创新教学实验开发平台 (3)实验1 PIO 输出—流水灯控制 (4)实验2 PIO输出—步进电机控制 (7)实验3 PIO 输入—读取开关信号 (12)实验4 PIO 外部中断实验 (15)前言MagicSOPC 创新教学实验开发平台MagicSOPC 是基于Altera Nios II SOPC 系列的专业级创新教学实验开发平台；采用Altera 公司Cyclone II 系列150 万门的FPGA，先进的系统化、模块化设计；丰富的人机交互方式，众多的高性能外设使得MagicSOPC 实验开发平台具有卓越的性能和无与伦比的灵活性；是SOPC、EDA、DSP 教学实验、电子设计创新实验室、现代嵌入式系统实验室、科研开发的上佳选择。
实验开发平台采用核心板加主板的结构，提供多种人机交互方式，多种模块外设，如：矩阵键盘、按键、拔档开关、触摸屏输入；数码管显示、大屏幕TFT 彩色液晶显示屏；AC97 音频模块；VGA、TV、PS/2、USB、IrDA、CAN、I2C、SPI、RS232、RS485、Modem、Ethernet、CF 卡、SD/MMC 卡、IDE 接口及高速AD/DA 模块等。
开发工程师可在该实验平台上实现EDA、SOPC、DSP 等各种设计并进行验证。
核心板可灵活地用于二次开发。
与一般的实验箱不同，MagicSOPC 主板的所有外设都不需要进行跳线设置，做实验时方便简单；此外每个外设的信号都设置了测试点，方便用户使用逻辑分析仪进行信号测量。
一切为设计为用户考虑是本开发平台的出发点。
考虑到核心板对用户的实用性，核心板除设计最小系统外，还设计有按键、LED 以及电源插座等，用户直接/或量身定制底板使用，这样核心板可用于用户自己的设计中，亦可用于电子设计大赛。
SOPC实验指导书解析
SOPC实验3.1使用NiosⅡ IDE建立用户程序1.创建一个新的C/C++应用工程执行下面的步骤来创建一个新的C/C++应用工程：1. 启动NiosⅡ IDE。
选择【开始】››【程序】››【Altera】››【QuartusⅡ 5.0】››【NiosⅡ Development Kits 5.0】››【NiosⅡ IDE】启动NiosⅡ IDE。
也可以通过图1.1直接点击按钮来启动Nios Ⅱ IDE。
图1 启动NiosⅡ IDE2.如果出现Workspace Launcher对话框，单击设置工作空间为QuartusⅡ工程的文件夹，如图2所示，这样便于管理。
如果是第一次进入工作区，NiosⅡ IDE会先弹出一个欢迎界面，此时点击右上角的Workbench图标，就可以进入NiosⅡ IDE编辑界面。
图2设置IDE工作空间3.如图3所示，选择【File】››【New】››【C/C++ Application】来打开新建C/C++工程向导，如图4所示。
图3打开新建C/C++工程向导图4新建C/C++工程向导4.单击Select Target Hardware右侧的按钮打开Select Target Hardware窗口，选择led_nios2_system.ptf文件，即指向当前硬件设计系统，如图5所示。
图5选择硬件目标文件5.选择Select Project Template列表中的hello_led。
Name栏中自动更新为hello_led_0，确认选中Use Default Location栏，如图6所示，单击完成工程创建。
图6完成设置后的工程向导向导中的Select Project Templates一栏中是已经设计好的软件工程，用户可以选择其中的一个，把它当作模板来创建自己的工程。
当然也可以选择Blank Project（空白工程），完全由用户写所有的代码。
本实验选取了hello_led工程，然后在此基础上进行适当的修改，一般情况下这比空白工程更加容易，也更方便。
《SOPC实验指导》
东华理工大学自编教材2011年6月《SOPC设计与应用技术》研究性实践教学指导书东华理工大学机械与电子工程学院二○一一年六月目录一、DE2开发板介绍 (1)1.1 DE2开发板的配置 (1)1.2 DE2硬件原理 (3)1.3 准备使用DE2开发板 (16)二、课程实验....................................................................................................... 错误！未定义书签。
实验一8位二进制加法器设计——DE2板的使用 (18)实验二流水灯实验 (19)实验三按键控制指示灯实验 (31)实验四按键中断实验 (34)实验五定时器实验 (39)一、DE2开发板介绍1.1 DE2开发板的配置DE2是Altera公司针对大学教学及研究机构推出的FPGA多媒体开发平台。
DE2为用户提供了丰富的外设及多媒体特性，并具有灵活而可靠的外围接口设计。
DE2能帮助使用者迅速理解和掌握实时多媒体工业产品设计的技巧，并提供系统设计验证。
DE2平台的设计和制造完全按照工业产品标准进行，可靠性很高。
DE2开发板的硬件外观如图1.1所示，DE2开发板的硬件布局如图1.2所示。
DE2平台上提供的资源如下：1. Altera CycloneⅡ系列EP2C35F672C6 FPGA U11，内含35,000个逻辑单元(LE)。
2. 主动串行配置器件EPCS16 U30。
3. 板上内置用于编程调试和用户API设计的USB Blaster，支持JTAG和AS（主动串行）模式；U25是实现USB Blaster的USB接口芯片FT245B；U26是控制和实现JTAG模式和AS模式配置的CPLD EPM3128，可以用SW19选择配置模式；USB接口为J9。
4. 512 K字节SRAM(U18)。
5. 8 M字节(1M×4×16)SDRAM(U17)。
电子工程系实验指导书_SoPC系统开发(DOC)
SoPC系统开发实验指导书引言《SoPC系统开发》是电子信息工程（嵌入式系统工程方向）必修课，是以《数字电路》，《程序设计基础（C语言）》和《数字系统设计》为先导课程，为后续课程的实施，以及参加工作或者继续深造奠定基础的课程，也是一门实践性很强的课程。
通过这门课程的学习，使学生熟练掌握SoPC系统开发的基本理论和基本方法；掌握SoPC系统开发的实践方法，获得实践技能的基本训练；培养学生分析问题和解决问题的能力，深化和扩展对课程内容的理解。
本门课程理论内容包括：SoPC设计绪论，SoPC硬件设计流程，SoPC软件设计流程，相关EDA工具，NiosⅡ体系结构，Avalon总线规范等。
实践内容包括：片上最小系统、片外SDRAM、PIO输出—LED、PIO输入—中断、Interval Timer 和基于SoPC的USB画笔设计与实现等。
本实验指导书旨在对《SoPC系统开发》课程的实验进行规范，内容包括：实验目的和要求、设备或环境、实验原理、实验内容等。
学生可遵照本实验指导书内容完成相应实验并提交实验报告。
设备与工具这章主要介绍本实验指导书中会用到的硬件设备。
DE2-115 FPGA开发板一、概述DE2 系列平台一直位居于国内外FPGA 教育开发平台的领先地位。
因其拥有适应各种应用需求的丰富接口及工业等级的设计资源，成为全球1000 所名校实验室中的首选。
延续DE2 系列开发平台之领先和成功，搭载Cyclone IV E 芯片之DE2-115 开发平台，不仅提供客户一个低功耗，丰富逻辑资源，大容量存储器以及DSP 功能的选择，而且搭配了丰富的外围接口，以满足对移动视频、语音、数据接入及高品质图像的开发需求。
二、使用说明DE2-115 开发板包括以下硬件资源：•Altera Cyclone® IV 4CE115 FPGA 器件•Altera 系列配置– EPCS64•板上USB Blaster 用于编程，同时支持JTAG 模式和AS 模式•2MB SRAM• 2 片64MB SDRAM•8MB 闪存•SD 卡插槽• 4 个按钮开关•18 个滑动开关•18 个红色LEDs•9 个绿色LEDs•50MHz 晶振提供给时钟源•24-bit CD-品质声道CODEC 带有线路输入, 线路输出和麦克风输入接口•VGA DAC (8-比特高速三通道DACs) 带有VGA 输出接口•TV 解码器(NTSC/PAL/SECAM) 和TV 输入接口• 2 千兆以太网PHY 带RJ45 连接器•带有A 类和B 类USB 接口的USB 主从控制器•RS-232 收发器和9 针连接器•PS/2 鼠标/键盘接口•IR 收发器• 2 个SMA 接头，用于外部时钟输入/输出• 1 个40-pin 扩展口，带二极管保护• 1 个HSMC 连接器•16x2 LCD 模组该开发板使用说明请参见《DE2-115 User Manual》。
EL-EMCU-I(SOPC)实验指导书
目录第一章 EL-EMCU-I实验系统的资源介绍 (1)一、系统功能概述 (1)二、系统硬件资源 (2)第二章数字可编程设计实验 (18)实验一组合逻辑3-8译码器的设计 (18)实验二半加器 (29)实验三全加器 (30)实验四全减器 (32)实验五 4位向量加法/减法器 (34)实验六向量乘法器 (35)实验七数据比较器 (37)实验八多路数据选择器 (39)实验九编码器 (40)实验十译码器 (43)实验十一二进制码转换成BCD码 (45)实验十二 BCD码转换成二进制码 (47)实验十三 BCD码转换成格雷码 (48)实验十四组合逻辑电路的设计 (50)实验十五简单状态机 (53)实验十六串入/并出移位寄存器 (54)实验十七并入/串出移位寄存器 (56)实验十八多功能寄存器 (58)实验十九单脉冲发生器 (61)实验二十节拍脉冲发生器 (62)实验二十一奇偶检验 (64)实验二十二计数器 (66)实验二十三 7段数码管显示 (68)实验二十四步进电机控制实验 (70)实验二十五蜂鸣器演奏实验 (72)实验二十六继电器和光耦控制实验 (74)实验二十七半导体温度传感器DS18B20实验 (76)实验二十八秒表设计实验 (77)第三章基于NIOS的软核设计实验 (79)实验一 16×16 LED点阵实验 (79)实验二 UART与PC机通信实验 (80)实验三 12位串行A/D实验 (81)实验四 12位串行D/A实验 (84)实验五 RS485通讯实验 (85)实验六基于SOPC的uC/OS-II操作系统应用实验 (88)实验七 7279键盘显示接口实验 (94)实验八压入弹出式IC卡实验 (101)实验九直流电机调速实验 (104)实验十 4相步进电机实验 (106)附录I NIOS II常用函数 (108)附录II USB下载线驱动安装 (119)第一章 EL-EMCU-I实验系统的资源介绍一、系统功能概述EL-EMCU-I型教学实验系统是属于一种综合的教学实验系统，该系统支持8位的8051 / C8051F021等型号、16位的MSP430系列 / AVR系列以及基于Cortex-M3内核的32位群星系列ARM处理器，实现了多模块的应用实验。
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SOPC实验指导书电信学院实验中心目录第一章EL-SOPC4000实验系统的资源介绍 (1)一、系统功能概述 (1)二、系统硬件资源 (2)三、特别说明 (11)第二章数字可编程设计实验 (12)实验一组合逻辑3-8译码器的设计 (12)第三章基于NIOS的软核设计实验 (23)实验一 Nios软核的设计 (23)实验二外设模块的设计 (27)实验三 SOPC应用系统的生成 (40)实验四 Nios II软核验证以及Nios II IDE软件的介绍 (46)实验五 SOPC系统的PIO验证 (52)实验六基于NIOS的交通灯实验 (55)实验七 7段数码管显示实验 (59)实验八按键及拨码开关实验 (61)实验九 16×16 LED点阵实验 (62)实验十 UART与PC机通信实验 (64)第一章EL-SOPC4000实验系统的资源介绍一、系统功能概述EL-SOPC4000实验箱是集EDA 和SOPC 开发为一体的综合性实验箱，它不仅可以独立完成各种EDA 设计，也可以完成多种SOPC开发。
主CPU适配器E-PLAY-SOPC配合EL-SOPC4000底板，可完成各种基本的EDA实验。
在实验板上有丰富的外围扩展资源，有常用的按键，拨码开关，LED灯，蜂鸣器，交通灯，16x16点阵，数码管，4x4矩阵键盘，AD/DA，CAN功能单元，RS232，RS485，可调时钟输出。
实验板上还集成了一个8寸的VGA接口的液晶屏，可完成视频图像的显示。
由于CPU 适配器E-PLAY-SOPC本身具有E_PLAY接口，只需提供电源即可独立完成功能测试，也可控制用户开发的E_PLAY接口模块。
由于EL-SOPC4000底板加入了两路E_LAB外扩接口，可以配合公司现有的多种E_LAB模块，来完成大学生毕业设计、电子设计竞赛、及创新设计，同时该系统也是从事教学及科研的广大教师和工程师们的理想开发工具，具有极高的灵活性，开放性和可开发性。
EL-SOPC4000布局如下图所示:EL-SOPC4000底板资源平面图EL-SOPC4000实验箱是集EDA和SOPC 开发为一体的综合性实验箱，它不仅可以独立完成各种EDA设计，也可以完成多种SOPC开发。
EL-SOPC4000支持的CPU板卡有：具有E_PLAY接口的E-PLAY-SOPC适配器，主芯片采用Altera公司的CycloneII系列E-PLAY-EP235，CycloneIII系列E-PLAY-EP3C25-B、E-PLAY-EP3C80，CycloneIV系列E-PLAY-EP4CE22。
二、系统硬件资源1、EL-SOPC4000实验系统的硬件资源总览☆E-PLAY CPU板接口单元☆ E_LAB模块接口单元(2组)☆ 16个用户IO单元☆ 16个按键单元☆ 16个拨码开关单元☆ 4x4矩阵键盘单元☆ 16X16 LED点阵显示单元☆ 8位数码管显示单元☆ 12个交通灯单元☆蜂鸣器及4个LED声光单元☆ 8位用户LED单元☆可调时钟输出单元☆ RS232 、RS485接口单元☆ 10位串行AD（TLV1570）单元☆ 10位串行DA（TLV5617）单元☆ CAN总线接口单元☆ 8寸VGA接口液晶屏单元（带触摸屏）2、底板资源的具体介绍1）PORT A信号分配PORT B信号分配说明：标有“NC”的引脚，表示没有用到适配器上的引脚；2）E-LAB总线接口底板上的两组E-LAB接口上的信号线完全相同。
3）16个用户IO单元IO1-IO16都是通过PORTB从FPGA直接引出，供用户二次开发使用，具体定义请参照PORTB的接口定义。
4）16个拨码开关，16个按键，12个交通灯和蜂鸣器四周4个灯，8位数码管，4x4矩阵键盘，16x16点阵LED均是从底板的两片CPLD引出的，这些资源有IO方式和总线操作两种控制方式。
当采用IO控制方式时，通过PORTB的41-44 四位设置不同的值来选择不同的资源。
4位功能管脚说明:PORT B 对应标识41 M[0]42 M[1]43 M[2]44 M[3]M[3..0] 0001 16位拨码开关接到16位数据总线上0011 16位按键接到16位数据总线上0111 12个交通灯和蜂鸣器四周4个灯接到16位数据总线上0010 8个数码管,低8位为7位段总加小数点选取位,高8位为8个数码管com端选取,即如果要选取数码管0,则发送总线值为:1111 1110 1111 1111,如要选取数码管1,则发送总线值为:1111 1101 1111 1111.此时所选数码管7段和DP位将全部亮.0101 4X4键盘功能选取,此时只有最低的8位有效,高4位为键盘的4位行扫描输出,低4位为键盘的4位列查询输入0110 16X16 LED点阵显示功能选取,16位数据总线作为点阵的行值,4位地址对应列值编码,(底板上已经过译码).4位地址分别对应E-PLAY-SOPC主适配器上外扩总线地址的ADDRESS[4..1]在做基本的数字逻辑实验时,如果用到底板的资源时,一定要设置M[3..0]4位功能位,并且设置值一定要与上述功能对应,如不对应有可能对硬件造成损伤.当实验用到的拨码,按键,LED小于5位时,可以使用E-PLAY-SOPC适配器上的资源,当实验中仅使用到E-PLAY-SOPC适配器就可以完成时,可以不设置M[3..0]当采用总线控制方式时，两片CPLD共用同一条片选信号线CS7，读/写信号线各一条，16位数据线用于数据读写， 4位地址线EA1-EA4可访问16个寄存器。
左端CPLD对应CS7，4位二进制地址为：1000到11111000--16个LED1001--16个8段数码管，16位数据，低8位为8段数码管的段选(a、b、c、d、e、f、g、dp)，高8位的低4位为16个数码管选择1100--16位按键1101--16位拨码1111--复位LED及8段数码管右端CPLD对应CS7，4位二进制地址为:0000到01110000--4位行选，写4位二进制来决定对哪一行操作0001--16位行数据，要写某一行值时，先写0000地址行选，再写0001地址行数据0100--读出来为：第5位状态值+第4位有效标志+第3到0位键盘值；写入时，将清除第4位有效标志；读完后，紧跟着写一次。
第5位为1时，说明键盘有键正在按下，为0时说明按键已弹起；只有当第5位为0，第4位为1时，读到的值才为有效值。
0101--写键盘复位0111--全局复位（1）对16个LED操作即为对寄存8（二进制地址为1000）写操作。
如执行NIOS II指令：write_bus16((cs7+8),0x0001);则为向以cs7为基地址，以8为偏移地址的寄存器写0x0001，这条指令的功能是使LED1点亮，除LED1以外的其它LED均为不点亮状态。
（2）对数码管操作时，对应的寄存器为寄存器9（二进制地址为1000）。
16个8段数码管，16位数据，低8位为8段数码管的段选(a、b、c、d、e、f、g、dp)，高8位的低4位为16个数码管选择，最高的4位数据D15—D12未定义，可以不作理会。
如执行NIOS II指令：write_bus16((cs7+9),0x017f);则为向以cs7为基地址，以9为偏移地址的寄存器写0x007f，使用数码管0显示“8”。
（3）键盘对应的键值寄存器为寄存器4（二进制地址为0100）。
（4）16个按键，对应的寄存器为寄存器12（二进制地址为1100）。
16个拨码开关，对应的寄存器为寄存器13（二进制地址为1101）。
则读按键值操作指令为：read_bus16((cs7+12));读拨码开关值操作指令为：read_bus16((cs7+13));（5） 16×16 LED点阵对应的寄存器为寄存器0、1（二进制地址为0000、0001）。
寄存器0对应4位行选，低4位有效，写4位二进制值来决定对哪一行操作，底板CPLD对4位值进行译码，驱动行选信号输出。
寄存器1对应16位行值数据。
要写某一行值时，先写寄存器0行选，再写寄存器1行值数据。
在底板的CPLD中，分别把16行的行值数据保存到16个输出寄存器中，当编程对某行数据显示时，只是更新对应行的输出寄存器值。
扫描时钟由外部时钟分频得到。
底板CPLD程序自动完成16×16 LED点阵的扫描输出显示。
5）8位用户LED单元L1-L8为用户LED灯，通过二号孔输入高电平点亮。
6）可调时钟输出单元底板上ADJ_CLK为4位拨码开关SW17--SW20来控制输出40M分频后的可调时钟具体对应如下SW20 SW19 SW18 SW17 ADJ_CLK1 1 1 1 1Hz0 1 1 1 5Hz1 0 1 1 10Hz0 0 1 1 25Hz1 1 0 1 50Hz0 1 0 1 500Hz1 0 0 1 1KHz0 0 0 1 2.5KHz1 1 1 0 10KHz0 1 1 0 20KHz1 0 1 0 50KHz0 0 1 0 200KHz1 1 0 0 500KHz0 1 0 0 2MHz1 0 0 0 5MHz0 0 0 0 20MHzCLK1 10MHz固定时钟(40MHz分频产生)CLK2 1MHzCLK3 100KHzCLK4 5KHzCLK5 100Hz7）RS232 、RS485接口单元RS232 、RS485接口控制信号线都是从PORT口直接引出。
由于1C12和2C35两块开发板已经在CPU板上通过了RS232电平转换，无需再通过外部的MAX3232芯片了，而3C，4C系列的板卡是直接从FPGA引出，没有经过RS232电平转换，需要通过外接的MAX3232芯片，所以通过跳线选择1C/2C、3C/4C。
8）10位串行AD（TLV1570）单元该模块主要完成模拟量与数字量的转换，使用TI的TLV1570芯片，该芯片是10位的串行A/D转换芯片，采用SPI的通信模式。
9）10位串行DA（TLV5617）单元该模块主要完成数字量与模拟量的转换，使用TI的TLV5617芯片，该芯片是10位的串行D/A转换芯片，采用SPI的通信模式。
10）CAN总线接口单元该模块使用CAN总线收发器 82C250, 带光隔6N137。
11）8寸VGA接口液晶屏单元该模块使用的是带VGA接口的8寸液晶屏，最大分辨率为800x600，可以用于视频图像算法的开发和用于VGA时序的验证实验。
触摸屏控制芯片ADS7843的原理图如下所示：ADS7843控制信号对应的PORTB 管脚如下表所示三、特别说明：在以E-PLAY-3C25-B为CPU板做实验时，请将CPU 板底下的小拨码开关全部拨到ON，其他CPU板全部拨到OFF。