基于NiosⅡ软核处理器的七段数码管动态显示设计.pdf

### SOPC技术与Nios II软核处理器 SOPC（System On Programmable Chip）技术是美国Altera公司在2000年提出的概念，结合了FPGA（现场可编程门阵列）的可编程特性与SOC（System On Chip）的系统级芯片集成优势。SOPC本质上是一种在FPGA平台上实现的可编程系统芯片解决方案，它允许在单一芯片上集成处理器核心、存储器、I/O接口等，实现特定功能。 ### SOPC的三种实现方式 1. 基于FPGA嵌入IP硬核的SOPC系统：这类系统在FPGA中预置了嵌入式处理器核心，通常是采用ARM架构的32位处理器。 2. 基于FPGA嵌入IP软核的SOPC系统：代表性的软核处理器有Altera公司的Nios II核和Xilinx公司的MicroBlaze核。这些软核处理器具有灵活性高、成本低、易于定制的特点。 3. 基于HardCopy技术的SOPC系统：此技术允许用户将已经成功设计并实现于FPGA上的SOPC系统通过特定的技术转换为ASIC（Application Specific Integrated Circuit），从而获得更高的性能和效率。 ### Nios II软核处理器 Nios II是Altera公司推出的第二代32位软核处理器，广泛应用于各种FPGA设计中。Nios II支持多种指令集架构，提供不同的性能和资源消耗选项，从而让设计师根据应用需求进行选择。 ### 使用Nios II处理器实现七段数码管动态显示 本论文介绍了一种基于Nios II软核处理器的七段数码管动态显示的设计方案。设计师使用Altera公司的SOPCBuilder工具进行了自定制元件的设计，以实现对七段数码管的动态控制。此设计可以驱动1到8个共阴极或共阳极的七段数码管，并能够根据显示需求选择小数点的位置。每个数码管支持显示0到F之间的十六进制字符，通过实验验证了设计的功能正确性。 ### SOPC系统结构 一个基于Nios II软核的SOPC系统，除了必须包含Nios II核心、定时器和片上存储器外，还需要添加一些接口元件。这些元件通过片上的 Avalon 总线连接至Nios II软核，并提供外设与Nios II软核通信的接口。Quartus II软件的SOPCBuilder工具提供了包括UART在内的多种外设接口元件，用户可以利用这些接口来扩展系统的功能。 ### DSP硬件加速器设计 利用Matlab与Altera公司的DSPBuilder工具，用户能够设计基于Nios II的DSP（Digital Signal Processing）硬件加速器，并将其以指令的方式集成进Nios II的指令集，从而构建属于自己的DSP处理器系统。 ### 结论 SOPC技术的应用为电子系统设计提供了极大的灵活性，使得设计师可以在FPGA上实现复杂的功能集成。通过Nios II软核处理器和SOPCBuilder工具的使用，可以快速设计出适合各种应用的SOPC系统。而在数码管显示系统中，Nios II处理器的应用展示了它在实时控制和数据处理方面的优势。随着微电子技术的不断进步，SOPC系统将会有更多的应用场景，特别是在需要高度定制化的嵌入式系统领域。