FPGA编写USB画笔实验报告.docx

发布时间：2022-06-09 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.37M 资料格式：docx 举报版权申诉

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USB 画笔实验

2.实现方案

3.设计过程

4.主要模块仿真

5.问题与解决

2)NIOSii连接时出现

6.设计结果

USB 画笔实验 1.选题目的 USB 接口在多媒体设备里面广泛应用,如果用带USB接口的有线或无线设备来画画或写字，那样将给人们的生活带来极大的便利。可以将自己的作品或手写体的文章底稿真实地保存在电脑中。本设计以USB 鼠标作为输入设备为例，来设计USB‘画笔’功能。 2.实现方案本设计使用飞利浦ISP1362 芯片的主设备端口结合Nios II 处理器实现了 USB 鼠标的移动检测。系统还实现了一个视频帧缓冲器，结合VGA 控制器完成实时图像存储和显示。下图1给出了系统电路框图。VGA 控制器作为一个 Avalon 从设备，可以使用Nios II 处理器直接控制。程序运行后，Nios II 处理器开始检测DE2-115开发板上的USB 鼠标是否存在。当鼠标有移动时，Nios II 处理器可以跟踪这些移动并将其记录在帧缓冲存储器。VGA 控制器会在VGA 缓冲器中存储的默认图像基础上叠加移动坐标数据点，并将其显示在VGA 显示器上。图 1 USB 画笔设计范例系统框图 3.设计过程 1）首先建立一个工程，命名为 DE2_115_NIOS_HOST_MOUSE_VGA，创建一个包括 SOPC 功能硬件系统。生成后的系统如图 2 所示。

图2 SOPC Builder生成硬件系统 2）编写VGA控制、图片相关的RAM等的Verilog程序，所在工程如图3. 图3 DE2_115_NIOS_HOST_MOUSE_VGA工程 3）编写NIOSii中的控制程序。这些程序使用C语言编写，包括的文件如

图4所示。 4）对程序进行配置、仿真，端口配置列表如图5所示。图4 NIOSii中包括程序 5）将DE2_115_NIOS_HOST_MOUSE_VGA.sof文件下载到DE2_115开发板图5 端口配置列表中进行调试，操作步骤如下：（）连接一个USB 鼠标到DE2-115 开发板的USB 主机端口（A 型接口）（）连接DE2-115 的VGA 输出到VGA 显示器（LCD 或者CRT）（）下载FPGA 配置数据DE2_115_NIOS_HOST_MOUSE_VGA.sof （）运行Nios II IDE 并切换工作目录到 DE2_115_NIOS_HOST_MOUSE_VGA\Software 运行环境搭建好后的架构如图6所示：

图 6 USB 画笔设计范例运行环境构架 4.主要模块仿真在 DE2_115_NIOS_HOST_MOUSE_VGA 工程中，下图中的蓝框部分 VGA_Controller.v 是最主要的模块，它负责控制背景图片的显示，鼠标移动的坐标显示等。图7 工程中的文件

对 VGA_Controller.v 模块使用 ModelSim 仿真，得到的结果如图 8 所示。图8 ModelSim仿真结果 5.问题与解决 1）仿真时出错。问题：在用ModleSim仿真上述模块时，只有输入的波形，没有输出波形，仿真结果如图9所示。

图9 ModleSim仿真出错的结果解决：经过细心检查发现，在例化VGA_Controller DUT时忘记了输出端口的例化，即缺了图9中的30 ~40行的内容，最后加上了就得到了正确输出，如图 11所示。图10 VGA_Controller 例化程序

2)NIOSii 连接时出现图11 ModleSim仿真正确的结果问题：NIOSii 连接时出现下图 12 所示的问题，导致连接不上解决：点击Target Connection页面中的Refresh Connections按钮，然后图12 NIOSii连接出错就消除了错误。 6.设计结果（1）打开开发板电源，程序下载后，可以观察到 VGA 显示器给出的一幅带 Altera 标识蓝色背景图片如图 13 所示，开发板上 LCD 上显示内容，数码管上显示鼠标坐标，LED 灯点亮一部分，如图 14 所示。

图13 显示器上的初始画面图14 开发板上的显示画面（）移动鼠标会观察到屏幕上相应的光标动作，点击鼠标左键会在屏幕上光标位置绘制白色的点，右键绘制蓝色的点（这个功能暂时没有实现），即可以通过滑动鼠标写字或画图，结果如图15所示，鼠标移动时数码管上的坐标在一直发生变化，LED灯也跟着闪烁，如图16所示。该USB画笔使用简单方遍方便，达到了预期的效果。

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