SOPC乐曲演奏大作业 - 图文

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综合实验基于NiosII的乐曲演奏设计

单位：班级：

组员：指导老师：

首都师范大学2012年5月

一.设计概述................................................................................................ 3 二．设计要求............................................................................................. 3 三．设计方案（总体设计原理、软件设计、硬件设计） .................... 3 3.1总体设计原理 ................................................................................ 3 3.2 软件设计流程图 ........................................................................... 4 3.3硬件设计 ........................................................................................ 8 四．实验环境............................................................................................. 9 五．软件实验步骤 .................................................................................... 9 六. 头文件.............................................................................................. 11 6.1 music.h .......................................................................................... 11 6.2 LCD.h............................................................................................ 19 七．实验结果及分析 .............................................................................. 23 八．总结及遇到问题 .............................................................................. 24 九．思考题：........................................................................................... 24

一.设计概述

本设计基于SOPC builder和 Nios II 8.0的乐曲演奏，使用蜂鸣器进行播放歌曲，本设计编写多首歌曲可以循环播放，并在液晶屏上显示歌曲名称和切换名称。

实验前准备：

1、该实验需要使用七个模块组中的第七个功能单元，所以三个拨码开关处于“处于“110”时，即MODEL_SEL2和MODEL_SEL3拨下处于“OFF”状态，MODEL_SEL1拨下处于“ON”时，选择该模块。

2、拨码开关MODEL_SEL5-8全置于“ON ”状态，即MODEL_SEL5-8拨下处于“ON ”状态时通过USB BLASTER接口下载。当全部拨下处于“OFF”时可使用开发平台上LAB_JTAG_PS_AS 接口下载或者核心开发板上JTAG接口下载。

这里用户可根据自己所用的下载线来选择适当的下载方式和相应的MODEL_SEL5-8的状态。

二．设计要求

通过使用PWM对交流蜂鸣器进行控制，实现多首乐曲（6首）的播放。

实现如下功能： 1. 歌曲播放 2. 暂停功能

3. 多首歌曲的切换（6首）其他扩展要求：在液晶屏上显示歌曲的名称，以及上下切换字符（before,after)

三．设计方案（总体设计原理、软件设计、硬件设计）

3.1总体设计原理

实验箱的蜂鸣器是交流蜂鸣器，在BZSP输入一定频率的脉冲时，蜂鸣器蜂鸣，改变输入频率可以改变蜂鸣器的响声。因此可以利用一个PWM来控制BZSP，通过改变PWM的频率来得到不同的声响，以此来播放音乐。

PWM设计说明

PWM输出一个占空比可调的方波。当一个周期11个时钟，高电平输出7个时钟时的PWM输出波形如下图所示。

图1 PWM输出波形图

表一内部寄存器：寄存器名地址偏移量访问属性 clock_divide duty_cycle enable 保留 00 01 10 11 读/写读/写读/写－描述用来设定PWM输出周期的时钟数用来设定一个周期内PWM输出低电平的时钟个数使能和关闭PWM输出，为1时使能PWM输出 3.2 软件设计流程图

Stop=1 是否暂停否 Play=1 是播放歌曲图2 程序流程框图

首先，判断暂停键是否按下，如果没有，则播放歌曲，如果按下来了暂停键，就执行暂停功能。暂停后判断播放键有没有按下，如果按下了播放键，则在断点的地方接着播放歌曲，

如果没有，则一直暂停到播放按键按下。

主程序代码：

6首歌曲播放，暂停，及切换上一首、切换下一首同时显示歌名和play、stop、next、before：

延时程序，延时1ms

如果暂停键没有按下，则播放六首歌

如果暂停键按下了，显示“stop”。如果播放按键没按下，把0写进蜂鸣器，即暂停，如果播放按键按下了，在断点处继续播放歌曲

上下首歌切换：

判断按键函数第一个按键执行播放功能第二个按键执行暂停功能第三个按键切换上一首

第四个切换下一首

如果选择第一首歌，则LCD清屏，显示第一首歌歌名，同时显示“play”。余下5首同理

图3 程序

3.3硬件设计

乐曲演奏需添加的IP核

图4 硬件图

四．实验环境

硬件： PC机

GX-SOC/SOPC-DEV-LAB PLATFORM创新开发实验平台 GX-SOPC-EP2C35-M672核心板

软件： Quartus II 8.0 Nios II 8.0

五．软件实验步骤

1、.把 altera_avalon_pwm （IP核）拷贝到自己的工程文件夹目录下， 2. 在主菜单打开Tools->SOPC Builer

图5 生成PWM核

3.重新命名为 bzsp，点击鼠标右键，进行自动分配 Addressess 和IRQ,点击

Generate

图5 对PWM核重命名

4.生成成功以后回到Quartus II界面软件中必须替换更新：在.bdf鼠标右键单击空白处,单击Update Symbol or Block…，即可。

5.在NIOS II IDE软件环境中点击New->Nios II C/C++ Application,建立一个工程

6.在SOPC Builder System PTF File 选择NIOS2.ptf，C/C++的应用工程名Name重命名，点击Next

7.选中Create a new system library named，点击Finish. 8.建立music.h文件和LCD.h头文件

9.编译工程

10.build 成功后下载硬件 11.运行RUN

六. 头文件

6.1 music.h

#ifndef _MUSIC_H

#define _MUSIC_H

#include \

// rhythm: quarter note as a meter//持续

时间的长短

#define RHYTHM 36

#define _1 RHYTHM*4 //note

#define _1d RHYTHM*6 //dotted note

#define _2 RHYTHM*2 //halfnote

#define _2d RHYTHM*3 //dotted halfnote

#define _4 RHYTHM*1 //quarter note

#define _4d RHYTHM*3/2 //dotted quarter note

#define _8 RHYTHM*1/2 //eighth note

#define _8d RHYTHM*3/4 //dotted eighth note

#define _16 RHYTHM*1/4 //sixteenth note

#define _16d RHYTHM*3/8 //dotted sixteenth note

#define _32 RHYTHM*1/8 //thirty-second note

//低音

#define _1DO (ALT_CPU_FREQ/131)

#define _1DOr (ALT_CPU_FREQ/139)

#define _1RE (ALT_CPU_FREQ/147)

#define (ALT_CPU_FREQ/155) #define (ALT_CPU_FREQ/165) #define (ALT_CPU_FREQ/175) #define (ALT_CPU_FREQ/185) #define

(ALT_CPU_FREQ/196) #define

(ALT_CPU_FREQ/207) #define

(ALT_CPU_FREQ/220) #define

(ALT_CPU_FREQ/233) #define

(ALT_CPU_FREQ/247)

//中音 #define

(ALT_CPU_FREQ/262) #define

(ALT_CPU_FREQ/277) #define

(ALT_CPU_FREQ/294) #define

(ALT_CPU_FREQ/311) #define

(ALT_CPU_FREQ/330) #define (ALT_CPU_FREQ/349)

#define (ALT_CPU_FREQ/370)

#define (ALT_CPU_FREQ/392)

#define _1REr _1MI _1FA _1FAr _1SOL _1SOLr _1LA _1LAr _1SI _DO _DOr _RE _REr _MI _FA _FAr _SOL _SOLr

(ALT_CPU_FREQ/416) //1=G 3/4 #define _LA // 乐曲为一个多行3列的2维数组 (ALT_CPU_FREQ/440) //第1列为音调，第2列为节拍，第3#define _LAr 列音高(高音、低音) (ALT_CPU_FREQ/466) #define _SI (ALT_CPU_FREQ/492) int burro[SONG_SIZE1][3] = { //高音 {_DO,_2, MUTE(_DO)},//1 #define _DO1 {_MI, _32,0}, (ALT_CPU_FREQ/523) #define _DO1r (ALT_CPU_FREQ/554) #define _RE1 (ALT_CPU_FREQ/579) #define _RE1r (ALT_CPU_FREQ/740) #define _MI1 (ALT_CPU_FREQ/651) #define _FA1 (ALT_CPU_FREQ/695) #define _FA1r (ALT_CPU_FREQ/740) #define _SOL1 (ALT_CPU_FREQ/784) #define _SOL1r (ALT_CPU_FREQ/830) #define _LA1 (ALT_CPU_FREQ/880) #define _LAR1r (ALT_CPU_FREQ/932) #define _SI1 (ALT_CPU_FREQ/983) #define SONG_SIZE1 200 #define SONG_SIZE2 200 #define SONG_SIZE3 200 #define SONG_SIZE4 200 #define SONG_SIZE5 200 #define SONG_SIZE6 200 #define MUTE(TONE) (TONE)>>2 //低音为25％占空比 #define LOUD(TONE) (TONE)>>1 //高音为50％占空比

{_DO,_2, MUTE(_DO)},//1 {_MI, _32,0}, {_DO,_2, MUTE(_DO)},//1 {_MI, _32,0}, {_MI,_2, MUTE(_MI)},//3 {_MI, _32,0}, {_SOL,_2, LOUD(_SOL)},//5 {_MI, _32,0}, {_SOL,_2, LOUD(_SOL)},//5 {_MI, _32,0}, {_SOL,_2, LOUD(_SOL)},//5 {_MI, _32,0}, {_SOL,_2, LOUD(_SOL)},//5 {_MI, _32,0}, {_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_MI, _32,0}, {_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_MI, _32,0}, {_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_MI, _32,0}, {_DO1,_2, LOUD(_DO1)},//1 {_MI, _32,0}, {_SOL,_1, LOUD(_SOL)},//5 {_MI, _32,0}, {_FA,_2, MUTE(_FA)},//4 {_MI, _32,0}, {_FA,_2, MUTE(_FA)},//4 {_MI, _32,0}, {_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_MI, _32,0}, {_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_MI, _32,0}, {_MI,_2, MUTE(_MI)},//3 {_MI, _32,0}, {_MI,_2, MUTE(_MI)},//3

{_MI, _32,0},

{_MI,_2, MUTE(_MI)},//3 {_MI, _32,0},

{_RE, _2,MUTE(_RE)}, //2 {_MI, _32,0},

{_SOL,_1, MUTE(_SOL)},//5 {_MI, _32,0},

{_SOL,_4, MUTE(_SOL)},//5 {_DO,_2, MUTE(_DO)},//1 {_MI, _32,0},

{_DO,_2, MUTE(_DO)},//1 {_MI, _32,0},

{_MI,_2, MUTE(_MI)},//3 {_MI, _32,0},

{_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//5 {_MI, _32,0},

{_SOL,_2,MUTE(_SOL)},//5 {_MI, _32,0},

{_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_MI, _32,0},

{_DO1,_2, MUTE(_DO1)},//1 {_MI, _32,0},

{_SOL,_1, LOUD(_SOL)},//5 {_FA,_2, LOUD(_FA)},//4 {_MI, _32,0},

{_FA,_2, LOUD(_FA)},//4

{_MI, _32,0},

{_FA,_2, LOUD(_FA)},//4 {_MI, _32,0},

{_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_MI, _32,0},

{_MI,_2, MUTE(_MI)},//3 {_MI, _32,0},

{_MI,_4, MUTE(_MI)},//3 {_MI, _32,0},

{_MI,_2, MUTE(_MI)},//3 {_MI, _32,0},

{_RE, _2,LOUD(_RE)}, //2 {_MI, _32,0},

{_MI,_2, MUTE(_MI)},//3 {_MI, _32,0},

{_DO,_1, MUTE(_DO)},//1 };

int dachangjin[SONG_SIZE2][3] = { {_LA, _2, LOUD(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2d,LOUD(_SI)}, //3. {_LA, _4, MUTE(_LA)}, //2_ {_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//1 {_MI, _2, LOUD(_MI)}, //.6 {_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//1 {_SOL,_2d, MUTE(_SOL)},//1 {_LA, _16,MUTE(_LA)}, //2__ {_SOL,_1d,MUTE(_SOL)},//1-- {_LA, _2, LOUD(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2d,LOUD(_SI)}, //3. {_RE1,_4, MUTE(_RE1)},//5

{_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_LA, _2, MUTE(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _4d,MUTE(_SI)}, //3-- {_RE1,_2, LOUD(_RE1)},//5 {_MI1,_2, MUTE(_MI1)},//6 {_MI1,_2, MUTE(_MI1)},//6 {_MI1,_2d,LOUD(_MI1)},//6 {_RE1,_4, MUTE(_RE1)},//5 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_LA, _2, MUTE(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _1d,MUTE(_SI)}, //3-- {_RE1,_2, LOUD(_RE1)},//5 {_MI1,_2, MUTE(_MI1)},//6 {_MI1,_2, MUTE(_MI1)},//6 {_RE1,_4, MUTE(_RE1)},//5 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2, LOUD(_SI)}, //3 {_RE1,_2, MUTE(_RE1)},//5 {_MI1,_4, MUTE(_MI1)},//6 {_RE1,_16,MUTE(_RE1)},//5 {_MI1,_16,MUTE(_MI1)},//6 {_RE1,_1d,MUTE(_RE1)},//5 {_LA, _2, LOUD(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_LA, _2d,LOUD(_LA)}, //3. {_SI, _4, MUTE(_SI)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_LA, _2, LOUD(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_MI, _2, LOUD(_MI)}, //.6 {_SOL,_8,MUTE(_SOL)},//1 {_MI, _1d,MUTE(_MI)}, //.6 {_MI, _2,0}, //stop {_LA, _2, LOUD(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2d,LOUD(_SI)}, //3. {_LA, _4, MUTE(_LA)}, //2_ {_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//1 {_MI, _2, LOUD(_MI)}, //.6 {_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//1 {_SOL,_8d,MUTE(_SOL)},//1 {_LA, _16,MUTE(_LA)}, //2__ {_SOL,_1d,MUTE(_SOL)},//1-- {_LA, _2, LOUD(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2d,LOUD(_SI)}, //3.

{_MI1,_2d,LOUD(_MI1)},//6 {_RE1,_4, MUTE(_RE1)},//5 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2, LOUD(_SI)}, //3 {_RE1,_2, MUTE(_RE1)},//5 {_MI1,_2, MUTE(_MI1)},//6 {_RE1,_1d,MUTE(_RE1)},//5 {_LA, _2, LOUD(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_LA, _2d,LOUD(_LA)}, //3. {_SI, _4, MUTE(_SI)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_LA, _2, LOUD(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_MI, _2, LOUD(_MI)}, //.6 {_SOL,_8,MUTE(_SOL)},//1 {_MI, _1d,MUTE(_MI)}, //.6-- {_LA, _8,LOUD(_LA)}, //2 {_LA, _8,LOUD(_LA)}, //2 {_LA, _8d,LOUD(_LA)}, //2 {_SOL,_4, MUTE(_SOL)},//1 {_MI, _2, MUTE(_MI)}, //.6 {_LA, _8,LOUD(_LA)}, //2 {_LA, _8,LOUD(_LA)}, //2 {_LA, _8d,LOUD(_LA)}, //2 {_SOL,_4, MUTE(_SOL)},//1 {_MI, _2, MUTE(_MI)}, //.6 {_LA, _2, LOUD(_LA)}, //2 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//1 {_LA, _2d,LOUD(_LA)}, //2 {_SI, _4, MUTE(_SI)}, //3 {_RE1,_2, MUTE(_RE1)},//5 {_MI1,_8,LOUD(_MI1)},//6

{_MI1,_8,LOUD(_MI1)},//6 {_MI1,_8d,LOUD(_MI1)},//6 {_RE1,_4, MUTE(_RE1)},//5 {_SI, _2, MUTE(_SI)}, //3 {_LA, _8,LOUD(_LA)}, //2 {_LA, _8,LOUD(_LA)}, //2 {_LA, _8d, LOUD(_LA)}, //2 {_SOL,_4, MUTE(_SOL)},//1 {_MI, _2, MUTE(_MI)}, //.6 {_MI, _2, LOUD(_MI)}, //.6 {_RE, _2, MUTE(_RE)}, //.5 {_MI, _2, MUTE(_MI)}, //.6 {_MI, _1d,MUTE(_MI)}, //.6 {_MI, _2,0}, //stop {_MI, _2,0}, //stop };

/*{_1SOL, _4d, MUTE(_1SOL)}, //.1 {_1LA, _4d, MUTE(_1LA)}, //.2 {_1SI, _4d, MUTE(_1SI)}, //.3 {_DO, _4d, MUTE(_DO)}, //.4 {_RE, _4d, MUTE(_RE)}, //.5 {_MI, _4d, MUTE(_MI)}, //.6 {_FA, _4d, MUTE(_FA)}, //.7 {_SOL, _4d, MUTE(_SOL)}, //1 {_LA, _4d, MUTE(_LA)}, //2 {_SI, _4d, MUTE(_SI)}, //3

{_DO1, _4d, MUTE(_DO1)}, //4 {_RE1, _4d, MUTE(_RE1)}, //5 {_MI1, _4d, MUTE(_MI1)}, //6 {_FA1, _4d, MUTE(_FA1)}, //7 {_SOL1, _4d, MUTE(_SOL1)}, //1. {_LA1, _4d, MUTE(_LA1)}, //2. {_SI1, _4d, MUTE(_SI1)}, //3. */

int xiaoxingxing[SONG_SIZE3][3] = { {_DO,_2, MUTE(_DO)},//1 {_MI, _32,0},

{_DO,_2, MUTE(_DO)},//1 {_MI, _32,0},

{_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//5 {_MI, _32,0},

{_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//5

{_MI, _32,0},

{_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_MI, _32,0},

{_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_SOL,_1, MUTE(_SOL)},//5 {_FA,_2, MUTE(_FA)},//4 {_MI, _32,0},

{_FA,_2, MUTE(_FA)},//4 {_MI, _2, MUTE(_MI)}, //3 {_MI, _32,0},

{_MI, _2, MUTE(_MI)}, //3 {_RE, _2, MUTE(_RE)}, //2 {_MI, _32,0},

{_RE, _2, MUTE(_RE)}, //2 {_DO,_1,MUTE(_DO)},//1-- {_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//5 {_MI, _32,0},

{_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//5 {_FA,_2, MUTE(_FA)},//4 {_MI, _32,0},

{_FA,_2, MUTE(_FA)},//4 {_MI, _2, MUTE(_MI)}, //3 {_MI, _32,0},

{_MI, 2, MUTE(_MI)}, //3 {_RE, _1, MUTE(_RE)}, //2 {_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//5 {_MI, _32,0},

{_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//5 {_FA,_2, MUTE(_FA)},//4 {_MI, _32,0},

{_FA,_2, MUTE(_FA)},//4 {_MI, _2, MUTE(_MI)}, //3 {_MI, _32,0},

{_MI, _2, MUTE(_MI)}, //3 {_RE, _1, MUTE(_RE)}, //2

{_DO,_2, MUTE(_DO)},//1 {_MI, _32,0},

{_DO,_2, MUTE(_DO)},//1 {_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//5 {_MI, _32,0},

{_SOL,_2, MUTE(_SOL)},//5 {_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_MI, _32,0},

{_LA,_2, MUTE(_LA)},//6 {_SOL,_1, MUTE(_SOL)},//5 {_FA,_2, MUTE(_FA)},//4 {_MI, _32,0},

{_FA,_2, MUTE(_FA)},//4 {_MI, _2, MUTE(_MI)}, //3 {_MI, _32,0},

{_MI, _2, MUTE(_MI)}, //3 {_RE, _2, MUTE(_RE)}, //2 {_MI, _32,0},

{_RE, _2, MUTE(_RE)}, //2 {_DO,_1,MUTE(_DO)},//1-- }; //别少分号！

int love[SONG_SIZE4][3]={ {_MI, _2,0},

{_1LA,_4, MUTE(_1LA)},//6 {_1SI,_4, MUTE(_1SI)},//7 {_DO,_4, MUTE(_DO)},//1

{_MI,_4, MUTE(_MI)},//3

{_RE, _4,LOUD(_RE)}, //2

{_DO,_4, MUTE(_DO)},//1

{_RE, _2,LOUD(_RE)}, //2 {_RE, _2,LOUD(_RE)},

{_1LA,_4, MUTE(_1LA)},//6 {_1SI,_4, MUTE(_1SI)},//7 {_DO,_4, MUTE(_DO)},//1 {_DO,_4d, MUTE(_DO)},//1 {_DO,_4, MUTE(_DO)},//1 {_DO,_4d, MUTE(_DO)},//1 {_1SI,_4, MUTE(_1SI)},//7 {_1SI,_4, MUTE(_1SI)},//7

{_1SOL,_2d, LOUD(_1SOL)},//5 {_1SOL,_2d, LOUD(_1SOL)}, {_MI, _2,0},

{_1LA,_4, MUTE(_1LA)},//6 {_1SI,_4, MUTE(_1SI)},//7 {_DO,_4, MUTE(_DO)},//1

{_MI,_4, MUTE(_MI)},//3 {_RE, _4,LOUD(_RE)}, //2 {_DO,_4, MUTE(_DO)},//1 {_RE, _2,LOUD(_RE)}, //2 {_RE, _2,LOUD(_RE)},

{_1LA,_4, MUTE(_1LA)},//6 {_1SI,_4, MUTE(_1LA)},//7 {_DO,_1, MUTE(_DO)},//1 {_MI, _32,0},

{_RE, _4,MUTE(_RE)}, //2 {_MI,_4, MUTE(_MI)},//3 {_1SI,_1, MUTE(_1SI)},//7 {_1SI,_1, MUTE(_1SI)}, {_MI, _2,0},

{_1LA,_4, MUTE(_1LA)},//6 {_1SI,_4, MUTE(_1SI)},//7 {_DO,_4, MUTE(_DO)},//1 {_MI,_4, MUTE(_MI)},//3 {_RE, _4,LOUD(_RE)}, //2 {_DO,_4, MUTE(_DO)},//1 {_RE, _2,LOUD(_RE)}, //2 {_RE, _2,LOUD(_RE)},

{_1SOL,_2d, LOUD(_1SOL)},//5 {_1SOL,_2d, LOUD(_1SOL)}, {_MI, _2,0},

{_1LA,_4, MUTE(_1LA)},//6 {_1SI,_4, MUTE(_1SI)},//7 {_DO,_4, MUTE(_DO)},//1 {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},//5 {_MI,_4, MUTE(_MI)},//3 {_DO,_4, MUTE(_DO)},//1 {_RE, _2,LOUD(_RE)}, //2 {_RE, _2,LOUD(_RE)}, //2 {_1LA,_4, MUTE(_1LA)},//6 {_1SI,_4, MUTE(_1SI)},//7 {_DO,_2, MUTE(_DO)},//1

{_DO,_2, MUTE(_DO)}, {_MI, _32,0},

{_RE, _4,LOUD(_RE)}, //2 {_MI,_4, MUTE(_MI)},//3 };

int huanlesong[SONG_SIZE5][3] = { {_1SI,_2, MUTE(_1SI)},//7 {_1SI,_2, MUTE(_1SI)},

{_DO,_4, MUTE(_DO)},//1 {_1LA,_2d, MUTE(_1LA)},//6 {_1LA,_4, MUTE(_1LA)},//6 {_1LA,_4, MUTE(_1LA)},//6 {_DO1,_4, MUTE(_DO1)},//1 {_SI,_2d, MUTE(_SI)},//7 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_SI,_4, MUTE(_SI)},//7 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},//5 {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},//5 {_MI,_4, MUTE(_MI)},//3 {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},//5 {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},//5 {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},//5 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_DO,_1d, MUTE(_DO)},//1

{_DO,_8, MUTE(_DO)},//1 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_DO1,_2, MUTE(_DO1)},//1 {_SI,_2, MUTE(_SI)},//7 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},//5 {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},//5 {_LA,_4, MUTE(_LA)},//6 {_SI,_2, MUTE(_SI)},//7 {_MI,_1, MUTE(_MI)},//3 {_MI,_1, MUTE(_MI)},//3

{_MI, _2, LOUD(_MI)}, // {_MI, _2, MUTE(_MI)}, // {_FA, _2, MUTE(_FA)}, // {_SOL, _2,LOUD(_SOL)}, // {_SOL, _2, MUTE(_SOL)}, // {_FA,_2, MUTE(_FA)},// {_MI, _2, LOUD(_MI)}, // {_RE,_2, MUTE(_RE)},// {_DO,_2, LOUD(_DO)},// {_DO, _2,MUTE(_DO)}, // {_RE,_2,MUTE(_RE)},// {_MI, _2, LOUD(_MI)}, // {_MI, _2, LOUD(_MI)}, // {_RE, _4, MUTE(_RE)}, // {_RE, _4,LOUD(_RE)}, // {_MI,_2, LOUD(_MI)},// {_MI, _2, MUTE(_MI)}, // {_FA, _2, MUTE(_FA)}, // {_SOL, _2, LOUD(_SOL)}, // {_SOL, _2, MUTE(_SOL)}, // {_FA, _2,MUTE(_FA)}, // {_MI,_2, LOUD(_MI)},// {_RE,_2, MUTE(_RE)},// {_DO,_2, MUTE(_DO)},// {_DO,_2,LOUD(_DO)},// {_RE,_2, MUTE(_RE)},// {_MI,_2, MUTE(_MI)}, // {_RE, _2, LOUD(_RE)}, // {_DO,_4, MUTE(_DO)},// {_DO,_2, MUTE(_DO)},// {_RE,_2,LOUD(_RE)},// {_RE,_2,MUTE(_RE)},// {_MI,_2,LOUD(_MI)},// {_DO, _2, LOUD(_DO)}, // {_RE, _2, LOUD(_RE)}, // {_MI, _4, LOUD(_MI)}, // {_FA, _4,LOUD(_FA)}, // {_MI, _2, MUTE(_MI)}, // {_DO, _2, MUTE(_DO)}, // {_RE, _2, LOUD(_RE)}, //

{_MI, _4, LOUD(_MI)}, // {_FA, _4, LOUD(_FA)}, // {_MI,_2,MUTE(_MI)},// {_DO, _2,MUTE(_DO)}, //

{_DO, _2,MUTE(_DO)}, // {_RE, _2, LOUD(_RE)}, //

{_1SOL, _2, MUTE(_1SOL)}, // {_MI, _2,LOUD(_MI)}, // {_MI, _2,LOUD(_MI)}, // {_FA, _2, MUTE(_FA)}, // {_SOL,_2, MUTE(_SOL)},// {_SOL, _2, LOUD(_SOL)}, // {_FA,_2, MUTE(_FA)},// {_MI,_2,MUTE(_MI)},// {_RE, _2,MUTE(_RE)}, // {_DO,_2,MUTE(_DO)},// {_DO, _2, LOUD(_DO)}, // {_RE, _2, MUTE(_RE)}, // {_MI, _2, MUTE(_MI)}, // {_RE, _2,LOUD(_RE)}, // {_DO,_4, MUTE(_DO)},// {_DO, _4, MUTE(_DO)}, // {_DO,_4,0}, //stop };

int jinshekuangwu[SONG_SIZE6][3] = {

{_SOL, _4, LOUD(_SOL)}, // {_SOL, _4, MUTE(_SOL)}, // {_FA, _4, MUTE(_FA)}, // {_FA, _4,LOUD(_FA)}, // {_SOL, _4, MUTE(_SOL)}, // {_SOL,_4, MUTE(_SOL)},// {_RE, _4, LOUD(_RE)}, // {_RE,_4, MUTE(_RE)},// {_RE,_4, MUTE(_RE)},// {_SOL, _4,MUTE(_SOL)}, // {_FA,_4,MUTE(_FA)},// {_FA, _4, LOUD(_FA)}, // {_1LA, _4, MUTE(_1LA)}, // {_DO, _4, MUTE(_DO)}, // {_RE, _4,LOUD(_RE)}, // {_RE,_4, MUTE(_RE)},// {_FA, _4, MUTE(_FA)}, //

{_RE, _4, MUTE(_RE)}, // {_RE, _4, MUTE(_RE)}, // {_FA, _4, MUTE(_FA)}, // {_SOL, _4,LOUD(_SOL)}, // {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},// {_LA,_4, LOUD(_LA)},// {_DO1,_2, LOUD(_DO1)},// {_LA,_4,LOUD(_LA)},// {_DO1,_4, LOUD(_DO1)},// {_DO1, _4, LOUD(_DO1)}, // {_LA, _4, LOUD(_LA)}, // {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},// {_SOL,_4, LOUD(_SOL)},// {_LA,_4, LOUD(_LA)},// {_SOL,_4,LOUD(_SOL)},// {_FA,_4,LOUD(_FA)},// {_RE,_4,LOUD(_RE)},// {_RE, _4, LOUD(_RE)}, // {_SOL, _4, LOUD(_SOL)}, // {_SOL, _4, MUTE(_SOL)}, // {_RE, _4,LOUD(_RE)}, // {_FA, _4, LOUD(_FA)}, // {_MI, _4, LOUD(_MI)}, // {_RE, _4, LOUD(_RE)}, // {_DO, _8, LOUD(_DO)}, // {_RE, _8, LOUD(_RE)}, // {_FA,_4,MUTE(_FA)},// {_FA, _4,MUTE(_FA)}, // {_1LA, _4,LOUD(_1LA)}, //

{_DO, _4, LOUD(_DO)}, // {_RE, _4, LOUD(_RE)}, // {_FA, _4, LOUD(_FA)}, // {_RE, _8,LOUD(_RE)}, // {_DO, _8, MUTE(_DO)}, // {_1LA,_4, MUTE(_1LA)},// {_1SOL, _4, LOUD(_1SOL)}, // {_1LA,_8, MUTE(_1LA)},// {_1LA,_8,MUTE(_1LA)},// {_1SOL, _4,MUTE(_1SOL)}, // {_1SOL, _2,0}, //stop {_1SOL, _2,0}, //stop }; #endif

6.2 LCD.h

#ifndef LCD_H_ #define LCD_H_

// LCD Module 16*2

#define lcd_write_cmd(base, data) IOWR(base, 0, data) #define lcd_read_cmd(base) IORD(base, 1) #define lcd_write_data(base, data) IOWR(base, 2, data) #define lcd_read_data(base) IORD(base, 3) //------------------------------------------------------------------------- void LCD_Init();

void LCD_Show_Text(char* Text); void LCD_Line2(); void LCD_Test();

//-------------------------------------------------------------------------

#endif /*LCD_H_*/

//volatile int edge_capture;

static alt_u8 str1[17]; usleep(2000); static alt_u8 str2[17]; } static alt_u8 str3[17]; } static alt_u8 str4[17]; static alt_u8 str5[17]; static alt_u8 str6[17]; void LCD_Line1() static alt_u8 str7[17]; { static alt_u8 str8[17]; static alt_u8 str9[17]; lcd_write_cmd(LCD_DISPLAY_BASE,static alt_u8 str10[17]; 0x00); usleep(2000); } void LCD_Show_Text(char* Text) { void LCD_Line2() int i; { for(i=0;i

void LCD_Clear() {

lcd_write_cmd(LCD_DISPLAY_BASE,0x01);

usleep(2000); }

static void display_EDK1(){ str1[0]='b'; str1[1]='u'; str1[2]='r'; str1[3]='r'; str1[4]='o'; str1[5]=' '; str1[6]=' '; str1[7]=' '; str1[8]=' '; str1[9]= ' '; str1[10]=' '; str1[11]=' '; str1[12]=' '; str1[13]=' '; str1[14]=' '; str1[15]=' '; str1[16]='\\0'; LCD_Line1();

LCD_Show_Text(str1); }

//burro

static void display_EDK2(){ str2[0]='d'; str2[1]='a'; str2[2]='c'; str2[3]='h'; str2[4]='a'; str2[5]='n'; str2[6]='g'; str2[7]='j'; str2[8]='i'; str2[9]= 'n'; str2[10]=' ';

str2[11]=' '; str2[12]=' '; str2[13]=' '; str2[14]=' '; str2[15]=' '; str2[16]='\\0'; LCD_Line1();

LCD_Show_Text(str2); }

//dachangjin

static void display_EDK3(){ str3[0]='x'; str3[1]='i'; str3[2]='a'; str3[3]='o'; str3[4]='x'; str3[5]='i'; str3[6]='n'; str3[7]='g'; str3[8]='x'; str3[9]= 'i'; str3[10]='n'; str3[11]='g'; str3[12]=' '; str3[13]=' '; str3[14]=' '; str3[15]=' '; str3[16]='\\0'; LCD_Line1();

LCD_Show_Text(str3); }

//xiaoxingxing

static void display_EDK4(){ str4[0]='l'; str4[1]='o'; str4[2]='v'; str4[3]='e'; str4[4]=' '; str4[5]=' '; str4[6]=' '; str4[7]=' ';

str4[8]=' '; str4[9]= ' '; str4[10]=' '; str4[11]=' '; str4[12]=' '; str4[13]=' '; str4[14]=' '; str4[15]=' '; str4[16]='\\0'; LCD_Line1();

LCD_Show_Text(str4); } //love

static void display_EDK5(){ str5[0]='h'; str5[1]='u'; str5[2]='a'; str5[3]='n'; str5[4]='l'; str5[5]='e'; str5[6]='s'; str5[7]='o'; str5[8]='n'; str5[9]= 'g'; str5[10]=' '; str5[11]=' '; str5[12]=' '; str5[13]=' '; str5[14]=' '; str5[15]=' '; str5[16]='\\0'; LCD_Line1();

LCD_Show_Text(str5); }

//huanlesong

static void display_EDK6(){ str6[0]='j'; str6[1]='i'; str6[2]='n'; str6[3]='s'; str6[4]='h';

str6[5]='e'; str6[6]='k'; str6[7]='u'; str6[8]='a'; str6[9]= 'n'; str6[10]='g'; str6[11]='w'; str6[12]='u'; str6[13]=' '; str6[14]=' '; str6[15]=' '; str6[16]='\\0'; LCD_Line1();

LCD_Show_Text(str6); }

//jinshekuangwu

static void display_EDK7(){ str7[0]=' '; str7[1]=' '; str7[2]=' '; str7[3]=' '; str7[4]=' '; str7[5]=' '; str7[6]=' '; str7[7]=' '; str7[8]=' '; str7[9]= ' '; str7[10]=' '; str7[11]=' '; str7[12]='p'; str7[13]='l'; str7[14]='a'; str7[15]='y'; str7[16]='\\0'; LCD_Line2();

LCD_Show_Text(str7); } //play

static void display_EDK8(){ str8[0]=' ';

str8[1]=' '; str8[2]=' '; str8[3]=' '; str8[4]=' '; str8[5]=' '; str8[6]=' '; str8[7]=' '; str8[8]=' '; str8[9]= ' '; str8[10]=' '; str8[11]=' '; str8[12]='s'; str8[13]='t'; str8[14]='o'; str8[15]='p'; str8[16]='\\0'; LCD_Line2();

LCD_Show_Text(str8); } //stop

static void display_EDK9(){ str9[0]=' '; str9[1]=' '; str9[2]=' '; str9[3]=' '; str9[4]=' '; str9[5]=' '; str9[6]=' '; str9[7]=' '; str9[8]=' '; str9[9]= ' '; str9[10]='b';

str9[11]='e'; str9[12]='f'; str9[13]='o'; str9[14]='r'; str9[15]='e'; str9[16]='\\0'; LCD_Line2();

LCD_Show_Text(str9); }

//before

static void display_EDK10(){ str10[0]=' '; str10[1]=' '; str10[2]=' '; str10[3]=' '; str10[4]=' '; str10[5]=' '; str10[6]=' '; str10[7]=' '; str10[8]=' '; str10[9]= ' '; str10[10]=' '; str10[11]=' '; str10[12]='n'; str10[13]='e'; str10[14]='x'; str10[15]='t'; str10[16]='\\0'; LCD_Line2();

LCD_Show_Text(str10); } //next

七．实验结果及分析

播放歌曲“我是一头小毛驴”

播放歌曲“欢乐颂”

暂停歌曲“欢乐颂”

切换下一首歌

切换上一首歌

第一个按键实现播放功能，第二个按键实现暂停功能，第三个按键实现切换上一首，第四个按键切换下一首，播放歌曲的同时在LCD上显示相应的歌曲名，并同时显示“play、stop、next、stop”等。

八．总结及遇到问题

通过这次的SOPC大作业实验，我们更深刻地了解了SOPC Builder和Nios

II 的使用，并通过这些软件进行更深的实验，强化了我们的动手能力，并通过这次实验更加了解了SOPC的设计与应用。实验过程中，我们遇到了各种各样的问题，首先是自己进行排查，实在检查不出来就问同学让同学帮忙解决，在这过程中提高了我们解决问题的能力。我们在歌曲切换和歌名显示的时候遇到了问题，后来我们把判断按键的程序编程了函数，然后在主程序调用，在歌名显示的时候我们忽略了对LCD的清屏，最终在自己的努力下和同学的帮助下最终解决了。通过实验，我激发了SOPC学习的兴趣，也对这门课程有了更深的理解， SOPC结合了SOC和PLD、FPGA各自的优点，具有至少包含一个嵌入式处理器内核；具有小容量片内高速RAM资源；丰富的IP Core资源可供选择；足够的片上可编程逻辑资源；处理器调试接口和FPGA编程接口；可能包含部分可编程模拟电路单芯片、低功耗、微封装等这些优点。

九．思考题：

1．何谓SOC？

答：System on Chip的缩写，称为芯片级系统，也有称片上系统，是一个有专用目标的集成电路，其中包含完整系统并有嵌入软件的全部内容。

2．何谓SOPC？

答：SOPC（System On a Programmable Chip）称为可编程片上系统，它是基于可编程逻辑器件（FPGA或CPLD）可重构的SOC。SOPC集成了硬核或软核CPU、DSP、锁相环（PLL）、存储器、I/O接口及可编程逻辑，可以灵活高效地解决SOC方案，而且设计周期短，设计成本低，一般只需要一台配有SOPC开发软件的PC和一台SOPC实验开发系统（或开发板），就可以进行SOPC的设计与开发。

3．可编程片上系统。

答：用可编程逻辑技术把整个系统放到一块硅片上，称作SOPC。可编程片上系统（SOPC）是一种特殊的嵌入式系统：首先它是片上系统（SOC），即由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次，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。

4．何谓IP核？

答：IP核（Intellectual Property core）是一段具有特定电路功能的硬件描述语言程序，该答：程序与集成电路工艺无关，可以移植到不同的半导体工艺中去生产集成电路芯片。IP核有两种，与工艺无关的VHDL程序称为软核；具有特定电路功能的集成电路版图称为硬核。硬核一般不允许更改，利用硬核进行集成电路设计难度大，但是容易成功流片。

5．何谓嵌入式系统，嵌入式系统的CPU核可以分为哪两种类型？

答：嵌入式系统是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板。事实上，所有带有数字接口的设备，如手表、微波炉、录像机、汽车等，都使用嵌入式系统，有些嵌入式系统还包含操作系统，但大多数嵌入式系统都是是由单个程序实现整个控制逻辑。

6．简述NIOS II软核的特点。

答：一个是可定制，另一个是C2H

7．简述HAL的用途及基于HAL的外围设备的编程方法。

答：HA159-3-2铝黄铜具有高的强度；耐蚀性是所有黄铜中最好的，腐蚀破裂倾向不大，冷态下塑性低，热态下压力加工性好。HA159-3-2铝黄铜用于发动机和船舶业以及其它在常温下工作的高强度耐蚀件。通过使用HAL服务和间接硬件寻址，当移植到新的硬件上时，驱动程序和核心只需做很少的改动。移植HAL本身是直接的，因为所有的机器相关代码都集中在一个地方，并且移植的目标是充分定义的，即实现所有的HAL服务。

8．简述SOPC的设计流程。答：1、分析系统需求 2、建立Quartus II工程 3、定义和生成系统:在SOPC Builder中添加需要的功能模块 4、集成SOPC生成的系统到Quartus II工程 5、连接各功能模块 6、选择FPGA型号并进行管脚分配7、编译硬件系统生成配置文件sof 8、设置软件运行硬件环境属性 9、编译软件 10、在目标板上运行/调试软件

9．简述AVALON总线的特点。

答：1.所有外设的接口与Avalon总线时钟同步，不需要复杂的握手/应答机制 2.所有的信号都是高电平或低电平有效，便于信号在总线中高速传输。在Avalon总线中，由数据选择器(而不是三态缓冲器)决定哪个信号驱动哪个外设 3.为了方便外设的设计，地址、数据和控制信号使用分离的、专用的端口

10. 简述Altera公司支持的SOPC技术的PLD产品类型。

答：Altera公司的PLD分为CPLD和FPGA两类：CPLD器件逻辑单元大，分解组合能力很强，一个单元可以分解成数十个组合逻辑，因此其产品较适合设计组合逻辑电路；FPGA器件逻辑单元小，有较多的触发器，适合用来设计需要大量触发器时序逻辑电路。

11. System.h系统描述文件包含了哪些NIOS II系统的硬件信息？system.h存在NIOS II工程什么文件夹中？

答：System.h系统描述文件包含了：外设的硬件配置、外设的基地址、中断请求优先级、外设的符号名等。system.h存在NIOS II工程文件夹下的software\\music_syslib\\Debug\\system_description文件夹中。

12. 基于altera公司的SOPC系统如何实现上电自动加载程序？答：1) 在SOPC Builder中，将CPU的Reset Vector设为cfi_flash

2) 下载硬件时，先将DE2板上液晶左边的开关扳到prog，在下载器窗口中Mode选项选择Active Serial Programing选项，然后单击Add File按钮，选择FlashTest.pof文件，勾选全部选项，点击start按钮即开始下载。下载结束后将上述开关扳回run。以后上电之后就自动将硬件加载到FPGA中，可以直接运行软件。

3) 下载软件时，选择Tool->Flash Programmer，点击Program Flash就可以将程序烧入Flash。

13. alt_main()和main()的区别是什么？答：自动初始化和用户自定义初始化

在调用main()之前，应用程序假定运行环境和所有的服务系统都被初始化并准备运行。初始化可以被硬件抽象层（HAL）系统库自动执行。程序员不需要考虑系统的输出设备以及如何初始化每一个外设，HAL会自动初始化整个系统。 alt_main()函数提供了一个独立式的编程环境，能够完全控制系统的初始化。

14. 什么是C2H编译器?有什么特点？

答：C2H 是一种可以直接对ANSI C 函数定制硬件加速的技术，C2H 编译器能分析程序要加速实现的存储器接口类型，生成硬件加速器逻辑以及合适的Avalon（总线供互联架构）的主机和从机接口，达到与存储器延时的匹配。这样，分担了处理器的数据计算和存储器访问任务，使处理器能够更好的处理其他任务。

15. 如何基于HAL编写中断服务程序？答：中断服务程序的编写和注册方法 1.HAL的ISR API

2 Nios II IDE创建系统库工程时，包含了所有需要的ISR。用户不必去写HAL ISR，除非用户要和定制的外设通信。 HAL API定义了很多函数管理硬件中断，如： alt_irq_register() alt_irq_disable() alt_irq_enable()……

用HAL API编写用户的ISR，步骤： 1. 编写特定设备中断的ISR。

2. 调用alt_irq_register()函数来注册ISR。、

编写用户的ISR

用户编写的ISR必须符合alt_irq_register()函数的原型 void isr_name (void *context, alt_u32 id)

第一个参数：中断上下文指针(向ISR传递语境信息的指针) 第二个参数：中断号, 在system.h中声明，例如：PIO_IRQ

? 注意：编写的ISR中不能使用ANSI C标准库中I/O有关操作，不要调用printf()，可能使系统死锁……

注册用户的ISR，向HAL层传递中断服务程序信息

alt_irq_register(alt_u32 id,void *context, void(*isr)(void *, alt_u32))

第一个参数为中断号; （alt_u32在alt_types.h定义为unsigned long）第二个参数为中断上下文指针；第三个参数是中断服务函数的指针。（可直接用函数名字） ? 中断发生时，系统回调用户注册的中断服务程序，传入的第一个参数即为用户调用alt_irq_register时传入的中断上下文指针参数；传入的第二个参数为本中断的中断号。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/e5o6.html

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