[毕业设计] [毕业设计]基于SOPC的远程重配置系统的设计—SD卡音乐播放器模块

论文简介：

毕业设计-基于SOPC的远程重配置系统的设计—SD卡音乐播放器模块，共63页，17294字，附完整程序、开题报告等
摘要
本课题采用最新的SOPC(System On Programmable Chip)技术,利用NiosⅡ处理器设计SD卡音乐播放系统的外部设备如片外存储器、LED、七段数码管、按键、SD卡、LCD、音频解码芯片等的驱动电路，利用嵌入式编程技术实现外部设备的初始化、数据的读取和处理、音频文件的解码输出和LCD上显示歌曲序号和音量调节的大小。经过实验测试证明,采用SOPC技术实现的嵌入式SD卡音乐播放系统具有很高的稳定性、实用性和扩展性。
一个完整的音乐播放系统分为几个部分：中央处理器、解码器、存储设备、显示界面和控制键等。常用的MP3播放器的中央处理器更多采用的是ARM系列的硬核处理器。而基于软核处理器的音乐播放系统则以嵌入式软核MCU为控制中心,以高质量的硬件解码芯片或软件解码模块作为音乐播放数据处理中心,利用丰富的外围设备实现播放、显示、控制等功能。目前,基于FPGA软核处理器的SD卡音乐播放系统更多地实现于实验室中,并处于不断摸索和完善的阶段。
关键词： FPGA； Nios II； SOPC；SD卡音乐播放器；

目录
引言 5
第一章 绪论 7
1.1 SOPC技术概述 8
1.1.1 FPGA概述 9
1.1.2 IP核 9
1.2 SOPC Builder 10
1.3 NiosII 11
1.4 WM8731芯片简介 11
1.5 DE2-70　开发板 12
1.6 本工程使用的技术和方法 13
2.1 SD卡简介 13
2.1.1 SD卡特性及说明和SD卡接口 14
? SD卡特性 14
? SD卡说明[1] 14
? SD卡接口 15
2.2 SD总线概念 15
2.3 SPI总线概念 16
2.4 音乐播放器原理 17
3.1需求分析 18
3.2 研究思路 18
3.3 项目设计 19
3.3.1 项目设计步骤 19
3.4 总体功能描述 19
3.4.1硬件设计模型 19
3.4.2 软件设计模型 20
第四章 工程详细设计 21
4.1 硬件电路工程设计 21
4.1.1 SOPC硬件部分设计 21
4.1.2 PLL锁相环部分添加 28
4.2 软件设计 30
第五章 工程操作步骤和结果 38
5.1 操作步骤 38
5.1.1 硬件操作步骤 38
5.1.2 软件操作步骤 38
5.2 功能展示 39
结论 43
收获体会及谢辞 44
参考文献 45
附录1 主程序代码 46
附录2 顶层文件代码 50

需求分析
SD卡音乐播放器的功能可以有很多，基本功能就有从SD卡读取文件，通过扬声器播放音乐，通过调节按钮调节音量等。还可以有多个扩展功能。如通过LESD显示歌曲的歌曲名、演唱者、播放时间等相关信息，快进后退，暂停等。如图所示
图7 需求分析图
在本在本次设计中，我完成了预置音乐的播放，停止，切歌和音量调节的功能。
预置音乐的播放：程序运行，连接到电脑后将在(3~4)s内播放音乐。
停止：音乐是通过不断输送的时钟脉冲一个一个连接不断的实现输出的，使时钟脉冲停止就达到了是音乐播放暂停的功能。
音量调节：把输出的声音经过一个集成运算放大电路，通过可调电阻对音量进行调节。在播放器正在运行时，用户选择一首歌曲后单击“播放”按钮，播放器将播放选中的播放列表中的音乐，并同时显示当前进度。
研究思路
整个音乐播放系统软件部分包括主控制器、SPI接口、音频数据接口、存储器控制器接口等。首先使用SOPC Builder 系统工具构建了一个Nios CPU 作为整个系统的处理器核， 它的Avalon 总线对其他接口及控制器进行指令和数据传输，包括：由内部定时器控制的Avalon 总线； 为Nios CPU 配置了JATG 通用异步收发器UART；为可选择的片外存储器配备了专用存储器接口； 控制语音输入输出的音频数据接口，实现语音编解码的控制和处理。
项目设计步骤
Quartus II软件通过 SOPC　Builder 工具定制 Nios II　处理器系统，例化 Nios II　处理器系统，并自动生成该处理器系统的部分底层驱动程序；
使用硬件描述语言来构建各个模块；
使用原理图方法连接各个模块比鞥生成顶层设计文件并将FPGA配置文件下载至开发板上；
使用 Nios II IDE编译下载Nios II 程序。
总体功能描述
本设计采用DE2 开发板，充分利用NiosII 软核的特性，结合自定义用户组件、自定义用户外设．在FPGA 中使用软核处理器的优势在于灵活高效，硬核实现没有灵活性，通常无法使用最新的技术。 而应用Nios II 软核处理器，开发者能够完全定制CPU 和外设，获得恰好满足需求的处理器，充分利用了Nios II 处理器灵活和高效的特性。设计充分利用了DE2 开发板上的硬件资源，其中音频编/解码器( Audio CODEC) 是系统的核心，它是由Wolfson 公司的低功耗立体声24位音频编解码芯片WM8731 来完成的。 WM8731 包含了线路输入、麦克风输入及耳机( 音响) 输出。 两路线路左、右声道能以1。 5 dB 的步距在+ 12 ～ －34． 5dB 范围内进行对数音量调节，完成A/D 转换后，还可以进行高通数字滤波，有效滤除输入信号中的直流成分。 一路麦克风输入可以在－ 6 ～ 34 dB范围内进行音量调节。 这三路输入都有单独的静音功能。 D/A 转换器输入、线路输入旁路及麦克风输入经过侧音电路后可相加作为输出以驱动耳机( RHPOUT 和LHPOUT)。 DE2 平台上的LINE OUT可以直接驱动耳机。 LINE IN 经过隔直电容输入，而MIC IN 则直接输入。 充分利用了24 位立体声音频编/解码芯片WM8731 高性能、低功耗的优点，可听到音质较好的音乐。 利用这些硬件资源，设计实现了一个基于FPGA 的SD卡音乐播放器。

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• 1091000011-格桑央措
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• 1091000011_进度报告.pdf  [8.90KB]
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