SOPC课程设计——模拟十字路口交通灯

SOPC设计与应用实验
课程设计报告
学院：机械与电子工程学院
专业：电子科学与技术
班级：10206301
学号：**********
*名：***
指导老师：***
2013年6月22日
一、实验简介
实验其他成员：华浩荣、蒋顺风、周利强、张瑜
组长：华浩荣
我做的模块是12个交通灯的循环点亮，红灯、绿灯亮10秒，黄灯亮5秒。

实验报告重点介绍这部分内容，其它的简写。

本实验是基于ZY11203G EDA/SOPC创新实验开发系统做出来的。

1.实验平台介绍
➢ 电源模块
➢ 下载接口模块
➢ 数码显示模块
➢ LED 显示模块
➢ 液晶显示模块
➢ 拨码开关模块
➢ 按键模块
➢ 扬声器模块
➢ 配置芯片
➢ VGA、PS2接口模块
➢ 核心功能模块
➢ 串口模块
2.主要用到的模块介绍
2.1 下载接口模块
该模块为Altera 的CPLD/FPGA 器件的下载模块，该下载电路为JTAG 形式，因此还能对AS方式的配置芯片EPCSx 进行下载。

2.2 数码显示模块
数码显示模块由八个七段数码管和八个74HC595D 芯片，构成串并转换显示结构，以实现串行数据到并行数据的转换，并将该并行数据送入相应的数码管段。

八个数码管为共阴数码管（段码为高电平时，点亮数码管），数码管结构如下图所示：
2.3 LED段显示模块
12位发光二极管用于输出显示，输出高电平时发光二极管点亮。

2.4、核心功能模块介绍
主板模块的核心芯片采用Altera 公司cyclone 系列的EP1C12Q240C8；flash 存储器采用AM29LV065DU（8M×8bit）；SRAM 存储器采用CY7C1041CV33（256K×16bit）；AS 配置芯片为EPCS4（4M）；同时给出两个钟振作为时钟源；数据地址总线采用高精度连接器与外部连接，以保证用户对Nios 二次开发的需要。

实验平台右侧的双排直插针用于连接开发板，用户也可自行设计开发扩展模块。

二、实验要求及原理
1.实验要求
设计并制作一个交通灯控制电路，要求如下：
1、东西南北方向分别设置红黄绿3个指示灯，东西方向和南北方向用1个数码管显示通行时间；
2、要求东西方向和南北方向的数码管显示通行时间并倒计时；每当倒计时时间到，完成红黄绿指示灯的状态切换，其中红灯、绿灯各亮10秒，黄灯5秒（开始本来是红灯、绿灯60秒、黄灯5秒的，由于只是模拟的和时间关系作出了调整）。

模拟实现十字路口的交通灯管理控制。

2．实验的整个流程图
3．交通灯的点亮
3.1 思路：参考流水灯实验，将流水灯实验中4个流水灯点亮改为让
12个交通灯点亮，先绿灯亮10秒，再黄灯亮5秒，再红灯亮
10秒，最后黄灯再亮5秒。

3.2 实验原理
由于对交通灯的控制受选通端控制，所以要开放选通，
让cs138和D2接高电平，D3、D1接底电平。

模块的整个流程如下所示：
⑴在QUARTUS II 中建立工程
⑵用SOPC BUILDER建立NIOS系统模块
⑶在QUARTUS II 中的图形编辑界面中进行管脚连接、锁定工作
⑷编译工程后下载到FPGA中
⑸在NIOS II IDE中根据硬件建立软件工程
⑹编译后，经过简单设置下载到FPGA中进行调试、验证。

三、实验步骤
硬件部分设计
1. 在自己的文件目录下（如E:\led\）建立一个led_12文件夹，然后在QUARTUS II 中新建工程，把工程放在已创的目录下。

2. 点击New Project Wizard…菜单中的Next，选择芯片为Cyclone 系列的EP1C12Q240C8。

3．点击Quartus II 界面第一行工具栏中的SOPC Builder工具，新建系统为nios_led_12.
3.在左边元件池中选择元件：这个设计工程需要使用Nios 32Bit CPU、调试串口jtag_uart 、位宽为12位的led_pio、RAM
4．生成系统模块：
＊选择System Generation栏，如图2-12所示。

＊在System Generation中选中HDL选项，如果安装了Modelsim软件并需要仿真设计，可以选择Simulation选项。

图2-12 生成CPU
＊点击窗口下方Generate按钮，SOPC Builder根据用户设定不同，在系统生成过程中所执行的操作不同。

系统生成后点击“Exit”退出SOPC Builder
5．创建顶层文件：将刚才生成的模块以图标形式添加到BDF文件中：在SOPC Builder生成的过程中，会生成系统模块的图标（Symbol），可以将该图标像其它Quartus II图标一样添加到当前项目的BDF文件中。

步骤如下：
单击New 按钮，弹出如下图2-13所示的对话框。

图2-13 加入原理图输入文件
＊选择Block Diagram/Schematic File，如图2-13所示，点击OK；
连好的原理图如下所示：
6. 锁定管脚：新建引脚锁定命令文件，File->New -> Other Files -> Tcl Script File，
引脚锁定文件
#Setup.tcl
#Setup pin setting
set_global_assignment -name RESERVE_ALL_UNUSED_PINS
"AS INPUT TRI-STATED"
set_global_assignment -name ENABLE_INIT_DONE_OUTPUT OFF
set_location_assignment PIN_153 -to clk
set_location_assignment PIN_200 -to rst
set_location_assignment PIN_42 -to LT11
set_location_assignment PIN_23 -to LT10
set_location_assignment PIN_20 -to LT9
set_location_assignment PIN_18 -to LT2
set_location_assignment PIN_16 -to LT1
set_location_assignment PIN_14 -to LT0
set_location_assignment PIN_12 -to LT3
set_location_assignment PIN_8 -to LT4
set_location_assignment PIN_6 -to LT5
set_location_assignment PIN_4 -to LT6
set_location_assignment PIN_2 -to LT7
set_location_assignment PIN_240 -to LT8
set_location_assignment PIN_44 -to CS138
set_location_assignment PIN_46 -to D3
set_location_assignment PIN_48 -to D2
set_location_assignment PIN_50 -to D1
然后选择Tools -> Tcl Scripts,会弹出如图2-19所示的对话框，
选择Tcl_script1.tcl，然后点击RUN，管脚约束与锁定就会自动加入了。

7.配置FPGA：接上实验板电源、连上USB下载线，将编译生成的SOF 文件下载到目标板上，选择Tools-> Programmer目标文件夹下载，选择USB-Blaster模式，通过JTAG口对FPGA进行配置.
软件部分设计
1.选择好工作环境路径。

2.选择菜单File -> New -> Project，会弹出如下图2-22所示对话框：
图2-22 添加新工程
3. 选择C/C++ Application，如上图所示，点击Next，会弹出图2-23所示对话框：
图2-23 选择现有工程实例
4. 在Select Project Template中选择LED_12；在SOPC Builder System中选择我们刚才建立好的工程，CPU栏会自动选择，如上图所示，点击Finish，系统会自动生成一个循环点亮LED的软件工程。

软件工程的编译
#include"system.h"
#include"altera_avalon_pio_regs.h"
#include "alt_types.h"
int main(void)__attribute__((weak,alias("alt_main")));
int alt_main(void)
{
alt_u8 led=0x0;
while(1)
{
IOWR_ALTERA_A V ALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x030c);
Usleep(10000000);
IOWR_ALTERA_A V ALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x0492);
Usleep(5000000);
IOWR_ALTERA_A V ALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x0861);
Usleep(10000000);
IOWR_ALTERA_A V ALON_PIO_DATA(PIO_LT_BASE,0x0492);
Usleep(5000000);
i=0;
While(i<200000)
{
i++;
}
return 0;
}
5.右键单击工程，选择Builde Project.
6.选择RUN -> run as->Nios Instruction Set Simulator.可以看到12个交通灯中，先绿灯亮10秒，再黄灯亮5秒，再红灯亮10秒，最后再黄灯亮5秒。

四、实验总结
通过本次设计，培养自己综合运用所学知识、独立分析和解决实际问题的能力，培养创新意识和创新能力，并获得科学研究的基础训练，加深对软件的了解；熟悉各个引脚的功能，工作方式，计数/定时，I/O口，等相关原理，巩固学习SOPC的相关内容知识。

在这次设计过程中，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。

这次交通灯设计，本人在多方面都有所提高。

课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也让我学会了如何去提出问题，思考问题，最后解决问题，。

在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习。

让我学会了合作，学会了宽容，学会了理解．这是一次成功的课程设计，虽然自己做的内容不多，但自己去思考了，去认真对待了，最后成功得出结果．通过实验，让我体会到了团队合作带来的效益，也收获了很多东西．。