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基于SOPC的電子音樂相冊本科生.doc

'基于SOPC的電子音樂相冊本科生.doc'
?畢業論文基于SOPC的電子音樂相冊摘要:嵌入式系統是當今IT界最熱門的概念之一。隨著ARM技術的不斷推廣,如今人們的日常生活中,嵌入式系統的應用早已滲入了其中??梢哉f嵌入式系統現在已經廣泛應用于軍事、工業、商業、醫療、個人家庭等的方方面面,并且正在高速發展著。尤其是電子數碼產品,其更新換代迅速,從最初的分立元件到現在的集成芯片,產品的體積越來越小,而所展現出來的功能卻是越來越強大。本設計采用DE2開發板作為主板,提出了一種基于Nios II的數碼音樂相冊。主要實現了通過對SD卡存放的音頻和圖片文件的讀取操作,經過構建的Nios處理器控制,將音頻信息傳送至音頻模塊播放,將圖片信息傳送至TFT液晶顯示,同時全程使用觸摸操作的功能。硬件部分主要負責完成對Nios處理器的構建,音頻模塊和液晶部分的焊接。軟件部分主要負責SD卡、TFT液晶、觸摸芯片和音頻模塊的底層驅動程序以及整個應用程序的編寫。通過完成軟、硬件的工作,最終實現基于SOPC電子音樂相冊的設計。關鍵詞:SOPC;Nios II;SD卡;TFT液晶;觸摸芯片;VS1003音頻模塊Smart Home Energy MonitorAbstract:Embedded system is one of the most popular the concept of IT. With the continuous promotion of ARM technology, and now people's daily life, the application of embedded systems which have already infiltrated. Can be said that embedded systems are now widely used in military, industrial, commercial, medical, personal and family aspects, and it is fast developing. Especially the electronic digital products, and its replacement quickly, which from the initial discrete components to the current integrated chip, and the product is smaller and smaller, but exhibited by the function is more powerful. This design uses DE2 development board as the main board, and presented digital music albums which based on the Nios II. Mainly realized on the SD card through the audio and image files stored in a read operation, after controlling the construction of the Nios processor, the audio information is transmitted to the audio module player, the picture information transmitted to the TFT LCD display, while using the touch operation of the whole Function. Hardware is mainly responsible for the construction completion of the Nios processor, the audio module and the LCD part of the welding. Software component is mainly responsible for SD card, TFT LCD, touch the bottom of the chip, the audio module drivers and write the entire application. Through the completion of hardware and software, finally completed design that the album of electronic music which based on the SOPC.Key words:SOPC, Nios II, SD card, TFT LCD, touch chip, VS1003 Audio Module目 錄第 1 章 緒 論 11.1 項目研究背景 11.2 主要研究容 1第 2 章 系統總體方案設計以及原理 32.1 電子音樂相冊簡介 32.2 電子音樂相冊整體方案 3第 3 章 基于FPGA的SOPC系統構建 43.1 SOPC系統整體設計 43.2 SOPC技術簡介 43.3 NIOS II 嵌入式軟核微處理器介紹 53.4 Altera DE2開發平臺 63.4.1 Altera DE2開發平臺簡介 63.4.2 FPGA芯片 73.4.3 外部存儲器 73.4.4 配置電路 73.5 SOPC系統構建 8第 4 章 硬件驅動程序設計 104.1 SD卡驅動程序設計 104.1.1 SD卡簡介 104.1.2 SD卡硬件接口 104.1.3 SD卡通信協議 124.1.4 SD卡驅動程序 124.2 音頻芯片驅動程序設計 174.2.1 VS1003B簡介 174.2.2 VS1003B硬件接口 174.2.3 VS1003B驅動時序 184.2.4 VS1003B驅動程序 194.3 TFT液晶驅動程序設計 204.3.1 TFT液晶以及HX8347簡介 204.3.2 HX8347硬件接口 204.3.3 HX8347驅動時序 214.3.4 HX8347驅動程序 224.4 觸摸芯片驅動程序設計 244.4.1 觸摸技術簡介 244.4.2 UH7843硬件接口 244.4.3 UH7843驅動時序 254.4.4 UH7843驅動程序 25第 5 章 音頻知識及BMP圖片格式 275.1 音頻知識 275.1.1 音頻介紹 275.1.2 音頻編碼格式 275.2 BMP圖片 285.2.1 BMP位圖介紹 285.2.2 BMP圖片存儲結構 29第 6 章 FAT32文件系統 316.1 FAT32文件系統簡介 316.2 FAT32文件系統結構 31第 7 章 系統軟件程序設計 337.1 系統整體軟件流程圖。省略部分。件信息頭,色彩表等信息,對圖片的有效性進行檢測,包括:圖片大小,圖片格式,圖片色彩模式以及圖片的壓縮類型。當檢測到時有效BMP圖片時,即可進入圖片顯示,沒顯示一個扇區的數據,就檢測觸摸緩沖區是否有需要處理的數據,如果檢測到選擇下一的觸摸信息則跳入下一圖片顯示,如果檢測到時上一的觸摸信息則退回上一,如果是選擇退出的觸摸信息則返回主界面。第 8 章 系統調試8.1 SD卡讀寫測試在整個系統最重要的數據存儲都是在SD卡中,因此,首先需要對SD卡的扇區讀寫成功,往SD卡扇區0寫入0到511的數據,然后讀出校驗,成功串口輸出提示信息如圖81所示:圖81 扇區讀寫測試8.2 VS1003B正弦音測試VS1003B正常使用前,必須對音頻基本輸出進行測試,VS1003B提供最基本的測試方法——正弦測試。構建測試函數如下:/************************************************************ 函數名稱:VS1003_sin_test(uchar x)* 函數功能:VS1003正弦測試函數* 隸屬模塊:VS1003B_QUDONG模塊 * 入口參數:x -> 正弦測試的頻率* 出口參數:無* 備注 : 此函數用于正弦測試VS1003 檢測VS1003是否好壞***********************************************************/void VS1003_sin_test(uchar x);使用這個函數定期改變正弦頻率會在耳機插口上聽到從低沉到尖銳的響聲。8.3 TFT顯示測試TFT顯示也是這次人機交互程序的一大重點,使用TFT之前可以對TFT好壞進行測試,也相當于對驅動程序的測試。我在測試時候編寫一個程序讓TFT顯示不用顏色相間的條狀物,測試結果如圖82所示,證明TFT驅動程序正確有效。圖82 TFT顯示測試8.4 觸摸芯片測試觸摸芯片使我們重要的人機交互程序,測試觸摸程序也是對觸摸校驗的檢測,因此,需要測試觸摸準確性,只有觸摸準確性保證了才能正確的保證觸摸執行程序正確,在屏幕最上角輕擊一下,通過串口輸出坐標如圖83所示:圖83 觸摸測試圖8.5 文件系統加載測試 FAT32文件系統在系統中起到關鍵作用,對于系統的圖片讀取等進行了有效處理,當正確掛載FAT32文件系統后,插上SD卡讀取出SD卡的扇區信息如圖84所示:圖84 FAT32文件系統加載圖結 論本課題設計了一個基于SOPC的電子音樂相冊。在設計的過程中,首先對系統的硬件結構進行了設計,焊接了液晶模塊和VS1003B模塊。接著在DE2實驗開發板上構建好了Nios處理器。測試構建的Nios處理器正確之后,開始各個外設的底層驅動的編寫,并且一一進行了測試。最后在底層驅動編寫好的前提下,編寫應用程序。這樣就初步設計好了整個系統。通過對本設計的研究,我對FPGA、NiosII嵌入式處理器有了深刻的理解,同時對SD卡、TFT液晶、觸摸芯片以及VS1003B音頻模塊工作原理等有深刻的理解,在做完本次畢業設計后我學習到了如下知識:l 對于SOPC嵌入式系統理解;l SD卡的驅動原理;l TFT液晶控制技術;l 觸摸芯片控制技術;l 音頻知識以及圖片知識;l 對于C語言程序的編寫。在以上這些知識的學習過程中,我也認識到實際工作中很多知識都不是大學學習過的,所以需要我們在使用的時候去學習,并且我認識到我大學知識體系還比較薄弱,動手能力有待提高,這些我以后在工作中將會提高。致四年的大學生活在這個梔子花開的季節即將劃上句號,新的人生征程又將來臨。值此論文完成之際,謹向所有指導、關心和幫助過我的老師、同學、朋友和親人表達我心由衷的感激之情。首先我要衷心感我的恩師權震華和羅亮老師,在大學學習生活中,他們給予了我豐富的專業知識,讓我打了下了扎實的專業基礎。在完成論文和設計的過程中,兩位老師給予了我悉心的關懷和精心指導。從論文課題的選定到最終方案的確立,最后到具體的設計實現,以及最后對文章的詳細審核,無不傾注了兩位老師的心血和辛勞。權老師嚴謹的治學態度,細致踏實的工作作風,使我在學習中受益匪淺。羅老師強烈的事業心,高度的責任感,更將激勵我在今后的工作學習中不斷努力進取。祝福羅老師和權老師今后工作順利,家庭幸福。感在我西南科技大學學習的四年之中,在生活和學習中關心我的生醫0702班的全體同學,你們的熱情幫助和鼓勵讓我的學習和工作充滿動力,你們熱情的幫助和真摯的友誼使我的大學生活愉快而難忘。感實驗室的兄弟姐妹們,接觸了很多優秀的同學,認識了很多師兄弟們,感我的父母,總是在我最困難的時候給予我默默的支持和理解。他們對我無時無刻的關愛總是讓我在失敗和困難面前信心百倍。感所有在我大學生活中關心和鼓勵我的老師、同學和朋友們。本文所引用資料的編、著者,在此一并致。參考文獻[1] 松,黃繼業. 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