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1、西南科技大学本科生毕业论文基于SOPC的电子音乐相册摘要：嵌入式系统是当今IT界最热门的概念之一。随着ARM技术的不断推广，如今人们的日常生活中，嵌入式系统的应用早已渗入了其中。可以说嵌入式系统现在已经广泛应用于军事、工业、商业、医疗、个人家庭等的方方面面，并且正在高速发展着。尤其是电子数码产品，其更新换代迅速，从最初的分立元件到现在的集成芯片，产品的体积越来越小，而所展现出来的功能却是越来越强大。本设计采用DE2开发板作为主板，提出了一种基于Nios II的数码音乐相册。主要实现了通过对SD卡存放的音频和图片文件的读取操作，经过构建的Nios处理器控制，将音频信息传送至音频模块播放，将图片信
2、息传送至TFT液晶显示，同时全程使用触摸操作的功能。硬件部分主要负责完成对Nios处理器的构建，音频模块和液晶部分的焊接。软件部分主要负责SD卡、TFT液晶、触摸芯片和音频模块的底层驱动程序以及整个应用程序的编写。通过完成软、硬件的工作，最终实现基于SOPC电子音乐相册的设计。关键词：SOPC；Nios II；SD卡；TFT液晶；触摸芯片；VS1003音频模块iSmart Home Energy MonitorAbstract：Embedded system is one of the most popular the concept of IT. With the continuous pr
3、omotion of ARM technology, and now peoples 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 electr
4、onic 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
5、 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 L
6、CD 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
7、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西南科技大学本科生毕业论文目 录第 1 章 绪 论11.1项目研究背景11.
8、2主要研究内容1第 2 章 系统总体方案设计以及原理32.1电子音乐相册简介32.2电子音乐相册整体方案3第 3 章 基于FPGA的SOPC系统构建43.1SOPC系统整体设计43.2SOPC技术简介43.3NIOS II 嵌入式软核微处理器介绍53.4Altera DE2开发平台63.4.1Altera DE2开发平台简介63.4.2FPGA芯片73.4.3外部存储器73.4.4配置电路73.5SOPC系统构建8第 4 章 硬件驱动程序设计104.1SD卡驱动程序设计104.1.1SD卡简介104.1.2SD卡硬件接口104.1.3SD卡通信协议124.1.4SD卡驱动程序124.2音频芯片
9、驱动程序设计174.2.1VS1003B简介174.2.2VS1003B硬件接口174.2.3VS1003B驱动时序184.2.4VS1003B驱动程序194.3TFT液晶驱动程序设计204.3.1TFT液晶以及HX8347简介204.3.2HX8347硬件接口204.3.3HX8347驱动时序214.3.4HX8347驱动程序224.4触摸芯片驱动程序设计244.4.1触摸技术简介244.4.2UH7843硬件接口244.4.3UH7843驱动时序254.4.4UH7843驱动程序25第 5 章 音频知识及BMP图片格式275.1音频知识275.1.1音频介绍275.1.2音频编码格式275
10、.2BMP图片285.2.1BMP位图介绍285.2.2BMP图片存储结构29第 6 章 FAT32文件系统316.1FAT32文件系统简介316.2FAT32文件系统结构31第 7 章 系统软件程序设计337.1系统整体软件流程图337.2MP3播放音乐程序设计347.3数码相册程序设计35第 8 章 系统调试378.1SD卡读写测试378.2VS1003B正弦音测试378.3TFT显示测试388.4触摸芯片测试388.5文件系统加载测试39结 论40致谢41参考文献42附录A431西南科技大学本科生毕业论文第 1 章 绪 论1.1 项目研究背景近年来，市场上的电子数码产品更新换代很快，从当
11、初的分立元件到现在的集成芯片，产品的体积越来越小，而所展现出来的功能则日益强大。它们为日常生活提供了极大的帮助1。数码音乐相册在现在电子市场已经很普遍，但是多用专用芯片制作。由于这种消费产品是一种非常典型的嵌入式产品，其多采用专用集成芯片来制作，对整个系统的功能设计和实现难以分析，不利于作为一种嵌入式设计的教学范例。因此，本设计采用现在流行的ALTERA的FPGA芯片，结合FPGA的SOPC技术，在FPGA内部实现一个NIOS微处理器。在设计这个微处理器同时能充分了解单片机的构造原理，总线原理以及工作过程3，并对很多高级外围设备的操作加深理解，对提高大学生电子设计理论水平有积极意义。本设计项目
12、基于消费类领域应用的主流器件ALTERA公司的FPGA，采用最新的EDA和SOPC技术，综合了音频播放、彩色图像显示、TFT液晶驱动、触摸屏原理、SD卡存储控制以及FAT32文件系统等消费类产品的关键技术。从中能够得到全面的消费类产品的开发经验，巩固电子技术、数字系统设计、微机原理、数字控制系统和嵌入式系统设计等多门课程的理论知识，并得到实际的工程训练。对从事消费类电子产品开发以及其它相关产品设计都具有积极的意义5。该题目接近生活使用品，实用性很强，软硬件搭配得很好，并且与单片机原理很好的结合。可以通过该题目进一步学习CPU原理以及MCU控制器的构建，也可以深化电路理论及提高实践能力，从而达到
13、本科阶段综合能力的培养和提高。目前嵌入式应用越来越广泛3，作为工科电子类的大学生也应该具备这方面的知识和一定的应用能力，才能更好的满足社会需求，成为合格的工程师。1.2 主要研究内容本设计要求利用SOPC技术，实现电子音乐相册的功能，因此我以实验室的FPGA开发板DE2作为主板。在DE2开发板基础上，外加SD卡、TFT液晶、触摸芯片以及音频模块来实现电子音乐相册的功能1。主要研究的内容如下：l 基于FPGA的SOPC系统设计实验，保证相关软件设计代码继承、移植和复用；l SD卡的读写控制实验；l TFT液晶驱动实验；l 数字化音频的处理与播放驱动实验。整个设计中，存在一些难点需要花主要精力去解
14、决。主要难点如下：l 基于Nios的嵌入式系统的构建；l 文件系统的设计与实现；l 图像的显示与扫描技术；l 高保真数字化音频的转换和播放。第 2 章 系统总体方案设计以及原理2.1 电子音乐相册简介数码音乐相册主要是在TFT液晶上采用触摸控制技术实现图片的显示以及MP3的播放，主要实现功能如下：l 显示24位色和16位色的BMP图片；l 解码播放MP3、WAV、WMA等音乐文件；l 实现电阻式触摸屏控制；l 支持FAT32文件系统；l 数据采用SD卡存储，方便在线更改SD卡数据；2.2 电子音乐相册整体方案本次毕业设计数码音乐相册采用VS1003B作为音频解码芯片，用于播放音频数据。以HX8
15、347作为TFT液晶主控的液晶模块作为系统显示器，UH7843触摸芯片用于驱动触摸屏得到触摸信息，SD卡用于音频以及图片数据的存储。整体系统框图如图21所示：图21 系统整体框图第 3 章 基于FPGA的SOPC系统构建3.1 SOPC系统整体设计在Quartus II新建工程，在SOPC Builder中构建满足设计需要的NiosII CPU，本章将介绍SOPC技术以及基于SOPC Builder构建NiosII CPU的方法，构建的CPU系统框图如图31所示：图31 SOPC系统框图3.2 SOPC技术简介SOPC，即片上可编程系统(System on a programmable Chip)是Altera公司提出来的一种灵活、高效的SOC解决方案。它将处理器、存储器、I/O口、LVDS、CDR等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构建成一个可编程的片上系统。它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁剪、可扩充、可升级，并具备软硬件在系统可
