SOPC报告—陈硕刘阳于兴家组final资料

1、 ALTERA杯SOPC专题竞赛 智能手游机器手 ALTERA杯SOPC专题竞赛设计报告设计作品： 智能手游机器手 参赛单位： 中国地质大学（武汉） 参赛队伍： Jurassic Team 参赛队员： 陈硕 刘阳 于兴家 指导老师： 赵娟 参赛作品原创性声明本人郑重声明：所呈交的参赛作品报告，是本人和队友独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，不侵犯任何第三方的知识产权或其他权利。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 参赛队员签名： 日期： 年 月 日智能手游机器手Intelligent robotic hand

2、 for mobile games摘 要本设计以DE1-SOC开发板为核心设计平台，利用SOPC技术和Nios II软核处理器设计并实现了智能手游机器手。本系统设计采用自动控制的工作方式，能够对摄像头采集到的图像进行分析处理，从而控制机械手来自动完成手机游戏。具有图像识别、图像处理、机器手等核心功能，目前已能独立完成当前热门游戏“别踩白块”的两种模式。关键词：DE1-SOC SOPC Nios II 软核处理器 图像处理 机器手AbstractBased on DE1-SOC Development and Education Board, we designed a robotic hand

3、 using SOPC technology and Nios II Soft Core processor. The design of this system is based on the automatic control way of working, it can complete tasks of mobile games according to the processed data of the camera. It contains the image recognition, image processing, servo control and other core f

4、unctions. So far, it has been able to independently accomplish two models of the current popular game "don't tread on white".Keywords：DE1-SOC, SOPC, Nios II Soft Core processor, Image processing, robotic hand 目 录contents第一部分：设计背景4一、研究背景4二、需求分析4三、国内外研究现状4第二部分：功能描述6一、功能特点6二、技术指标6第三部分：系统设

5、计方案7一、系统开发平台7二、系统总体设计框图7三、系统层次划分7四、SOPC 系统构成 8 1、SOPC内核设计 9 2、SOPC自定义PWM波IP核 9 3、NiosII软核处理器系统10五、外围功能电路模块设计121、视频采集模块 12（1）OV7620简介12（2）OV7620功能控制13（3）OV7620电路及引脚说明132、电源管理模块 143、机械手模块介绍 154、电容笔安装 166、机械设计安装 16（1）舵机安装 16（2）摄像头安装 17第四部分：嵌入式系统软件设计18 一、控制系统概述18二、子模块的软件实现方法18第五部分：系统测试方案及数据20一、测试工具设备20二

6、、功能测试方案20三、测试数据结果20四、测试结果分析21第六部分：设计特色及后期展望22第七部分：总结23附录 24附录一、程序清单 24附录二、实物图 53第一部分：设计背景Chapter One: Background一、 研究背景 - 5 -近年来,无线通讯业务以惊人的速度迅猛发展,手持终端用户数量成几何增长，包括智能手机与平板电脑用户等。据统计,目前中国的手机用户数量已超过5亿,远远超过电脑的数量.手持终端更新换代的速度很快，硬件的性能不断得到提升,手持终端业务和增值服务不断丰富,完全复制了曾经电脑和互联网的发展态势.手持终端软件已经成为一个不容忽视的巨大市场。当今网络时代，手机性能

7、有了很大幅度的提高，手机游戏的发展也非常迅速，游戏种类繁多、层出不穷。以IOS及Android操作系统为代表的大屏幕全触控智能手机和大屏幕平板电脑时代已经到来，随之曾将相伴过我们的手机游戏也有了质的飞跃，已经不再是原来那种简单的游戏。最近几年，常常会出现风靡一时的手机游戏，譬如“奋斗的小鸟”、“Flappy Bird”等，它们的出现会引起轰动，游戏用户会达到上亿。在此基础上，我们利用所学专业知识来研究制作一个专门用于完成以上游戏的机器手，来代替真人进行游戏，具有较高的趣味性， ALTERA杯SOPC专题竞赛 智能手游机器手 二、 需求分析目前用于民用工业用机器手，可以实现自动焊接，水下探险、喷

8、涂、各种自动生产线、医疗高难度手术等功能，发展空间非常大。机器人是引领未来的高科技的产品，而机器手是机器人中的关键部分。前段时间在网上有个很火的新闻，两位80后工程师完成了一个“Flappy Bird”机器手，轻松玩到180关，引起了很大的轰动。有不少游戏厂商及玩具厂商想要购买他们的设计，说明该设计具有一定的市场需求。同时，随着当今玩具产业向着高端智能化方向发展，机器手这种仿人工具，在玩具产业将会占有一席之地，其所实现的功能也将会多种多样。三、 国内外研究现状机械手是目前在机械人技术领域中得到最广泛实际应用的自动化机械装置，在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域都能

9、见到它的身影。尽管它们的形态各有不同，但它们都有一个共同的特点，就是能够接受指令，精确地定位到三维（或二维）空间上的某一点进行作业。在国内，机器手研究主要用于工业应用方面。目前国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势

10、是大力研制具有某种智能的机械手。同时在其他行业，国外有很多大学及研究结构对其展开了相关的研究，譬如日本东京大学的猜拳机器手、美国加州理工大学的投篮机器手等。第二部分：功能描述Chapter Two: Function Describtion该智能机器手根据CMOS摄像头OV7620采集到的图像，进行分析处理后，控制舵机来完成游戏任务。其具有反应速度快、结构简单、系统稳定等功能特点，能很好的完成任务要求。功能控制流程如图1所示：图1 功能控制流程图一、 功能特点（1）采用四组并行舵机控制，具有灵活性高、独立性好、反应速度快等优点。（2）OV7620是一款CMOS摄像头器件，是一款彩色CMOS型图

11、像采集集成芯片，提供高性能的单一小体积封装，该器件分辨率可以达到640X480，传输速率可以达到30帧，完全可以满足本设计的要求。（3）DE1-SoC 开发套件是一款坚固耐用的硬件设计平台，围绕 Altera 片上系统 (SoC) FPGA 进行建构，将最新的双核 Cortex-A9 嵌入式内核与业界领先的可编程逻辑器件结构在一起，为用户提供了出色的设计灵活性。 现在，用户能够获得与高性能、低功耗处理器系统匹配的强大配置能力。（4）可完成“别踩白块”多种模式的任务，根据不同模式的要求能够自行识别并做出判断。（5）系统可拓展性很高，不仅仅能够完成“别踩白块”，可以很容易改变游戏算法来完成其他的游

12、戏，譬如“Flappy Bird”等。（6）端口资源丰富，方便功能扩展。二、技术指标针对手机游戏“别踩白块”的游戏规则，本设计要求达到以下技术指标：（1）装置长30cm，宽20cm，高28.3cm；（2）屏幕监测区域： 17*20cm；（3）手指触点最快频率： 3.6次/s；（4）图像检测刷新帧数次数： 30帧/s； （5）Classic 模式：4.72s ； Arcade 模式：168次 ；（6）反应时间：<0.2s；（7）电源：220V标准交流电输入，系统供电模块集成在一起；第三部分：系统设计方案Chapter Three: System Design本系统主要分为以下几个模块：舵机

13、部分、Nios II软核处理器系统、电源及稳压模块、视频采集模块、其他辅助功能模块。设计采用DE1-SOC开发板为设计平台，利用SOPC技术和Nios II软核处理器设计并实现了智能手游机械手的功能。一、系统开发平台1、硬件平台使用DE1-SOC开发平台，围绕 Altera 片上系统CycloneV 5CSEMA5F31C6 进行建构，集成了基于 ARM® 的硬处理器系统 (HPS)，包括处理器、外设和存储器接口，可使用高带宽互连骨干网与 FPGA 无缝对接。 DE1-SoC 开发板包括的硬件如高速 DDR3 存储器、音频和视频能力、以太网网络等。FPGA资源包括32,070ALMs

14、，4965K RAM bits,内建87个DSP块，4 DLLs，2 HPS CPU，457 I/Os，带有64 MbyteSDRAM，板载USB Blaster 电路，2个40-pin扩展接口等，完全能够方便的实现系统的全部功能。2、 软件平台本作品使用Altera公司的QuartusII 14.0软件，QSYS、NIOS II IDE、ModelSim-Altera Edition等软件进行FPGA内部硬件逻辑设计，仿真和嵌入式系统软件的开发。二、系统总体设计框图本设计使用Altera公司FPGA芯片5CSMA5F31C6定制所需的Nios II软核处理器，利用OV7620采集屏幕中游戏的

15、信息，送入CPU进行处理后，通过调节PWM脉冲宽度调节舵机的旋转角度，进而控制触控笔的上下摆动，实现控制机器手自主完成游戏的功能。系统总体设计框图如图2所示。图2 系统总体设计框图三、系统层次划分本设计硬件资源主要有DE1-SOC开发板设计平台， CMOS摄像头以及机器手模块等构成。系统结构层次划分如下：1、软件层：包括摄像头监测程序，舵机运动控制程序两个部分构成，并由硬件描述层接口（HAL），中断服务函数及主程序等内容构成 2、SOPC配置层：包括SOPC系统配置、PWM波产生IP核等。3、底层硬件构成：包括舵机机械构架、舵机驱动电路、视频采集电路、辅助功能电路、供电电路等构成。四、SOPC

16、系统构成SOPC系统以Nios II CPU为核心，通过Avalon总线与各种常规外部设备相连接(包括存储设备SDRAM、内部时钟、PLL、JTAG UART、定时器、多个GPIO)。同时与Avalon总线上的自定义功能IP核相连接。SOPC系统结构示意图如图3所示。图3 SOPC系统结构示意图 1、SOPC内核设计使用Quartus II内置新一代软件开发包QSYS实现所需的Nios II系统内核配置。QSYS系统开发工具允许嵌入式系统设计者在很短的时间内创建高度定制的可编程片上系统(SOPC)。用户使用QSYS可以将IP核、存储器、接口和微处理器等复杂系统组件简单又快速地集成到Altera

17、高密度FPGA中，从而缩短设计周期。内核配置如下图4所示。图4 QSYS内核配置2、SOPC自定义PWM波 IP核 相同的功能用硬件实现比纯软件要快速得多，适用于要求反映快速准确的场合。QSYS设计中可方便地加入用户自定义逻辑，而用户自定义逻辑具有灵活性、紧耦合性、高效率、低功耗等特性，使SOPC设计的优越性得以充分体现。 自定义IP核使用Verilog HDL语言进行设计，通过功能仿真后使用原理图设计统一为具有独立功能的模块，再进行模块级功能仿真。之后集成Avalon总线接口规范设计为QSYS自定义外设，并加入以Nios II软核为核心的嵌入式系统，通过SignalTapII仿真进行功能验证

18、。PWM从外设是一脉冲宽度调制电路，用于电机和舵机的转速控制。其核心是一个计数器，可以控制PWM的输出使能，设置输出信号的周期和占空比。由Clock_divide_reg控制计数周期，duty_cycle_reg控制占空比,control_reg控制使能，其逻辑结构图如图5所示。图5 PWM的逻辑结构图系统共需要控制四个舵机，使用该自定义IP产生PWM波能够减少定时器中断的使用，增强软件运行编写好IP核模块后，使用QSYS将模块加入为Nios II外设。PWM自定义外设接口信号和Avalon信号类型对应关系如下图6所示。图6 PWM自定义外设接口信号和Avalon信号类型对应关系3、Nios

19、II软核处理器的例化及资源使用情况将仿真通过的QSYS自定义外设和常规外部设备与CPU相连构成以Nios II软核为核心的嵌入式系统。该系统包含一个快速型的32位CPU，使用外部SDRAM。下面为构建的Nios II软核处理器的例化，图6 所示为FPGA资源使用情况，表1为板载资源使用情况。DE1_SoC_QSYS u0 ( .clk_clk(CLOCK_50), / clk.clk.reset_reset_n(1'b1), / reset.reset_n.key_external_connection_export(KEY), / key_external_connection.ex

20、port.clk_sdram_clk(DRAM_CLK), / clk_sdram.clk .sdram_wire_addr(DRAM_ADDR), / sdram_wire.addr.sdram_wire_ba(DRAM_BA), / .ba.sdram_wire_cas_n(DRAM_CAS_N),/ .cas_n.sdram_wire_cke(DRAM_CKE), / .cke.sdram_wire_cs_n(DRAM_CS_N), / .cs_n.sdram_wire_dq(DRAM_DQ), / .dq.sdram_wire_dqm(DRAM_UDQM,DRAM_LDQM),/ .d

21、qm.sdram_wire_ras_n(DRAM_RAS_N),/ .ras_n.sdram_wire_we_n(DRAM_WE_N) , / .we_n .motor_external_connection_export (flag3:0), / motor_external_connection.export .sda_external_connection_export (GPIO_04), / sda_external_connection.export .scl_external_connection_export (GPIO_05), / scl_external_connecti

22、on.export .image_external_connection_export (GPIO_013:6), / image_external_connection.export .pclk_external_connection_export (GPIO_014), / pclk_external_connection.export .href_external_connection_export (GPIO_015), / href_external_connection.export .vsync_external_connection_export (GPIO_016), / v

23、sync_external_connection.export .uart_0_external_connection_rxd (GPIO_017), / uart_0_external_connection.rxd .uart_0_external_connection_txd (GPIO_018) / .txd );图7 FPGA资源使用情况表1：DE1-SOC开发板资源使用情况：DE1-SOC开发板资源使用情况FPGA芯片Altera FPGA 5SEMA5F31C6动态存储器64MBite SDRAM配置芯片EPCQ25650Mhz、27Mhz晶振开关、按键、LED40Pin扩展槽*2

24、五、外围功能电路模块设计1、视频采集模块（1）OV7620简介图像传感器即摄像头是组成机器视觉系统的非常重要的元器件。根据其原理不同分摄像头主要分为两种：CCD(Charge Coupled Device)摄像头，CMOS摄像头。CCD也称电耦合器件，其工作原理是：被摄物体反射光线到摄像头上，经过镜头聚焦到CCD感光芯片上，感光芯片根据光线的强弱积聚相应电荷，经周期性放电而产生表示图像的电信号。CMOS摄像头其实跟CCD差不多，也是将光转换成电信号的器件。它们的差异之处就是图像的扫描方式不同，CCD是采用连续扫描方式，即它只有等到最后一个像素扫描完成后才进行放大；CMOS传

25、感器的每个像素都有一个将电荷放大为电信号的转换器。所以CMOS的功耗比CCD要小。由于CMOS功耗小，较CCD要便宜，而且图像质量满足本设计中的要求。 图8 OV7620实物图故而，本设计采用OV7620数字摄像头，它是基于Omnivsion公司的CMOS图像传感器；1/3英寸数字式CMOS图像传感器OV7620，总有效像素单元为664(水平方向)x492(垂直方向)像素，帧速率为30fps；数据格式包括YUV，YCrCb，RGB三种;内置10位双通道A/ D转换器，输出8位图像数据;具有自动增益和自动白平衡控制，能进行亮度、对比度、饱和度、Y校正等多种调节功能;其视频时序产生电路可产生行同步

26、、场同步、混合视频同步等多种同步信号和像素时钟等多种时序信号;5V电源供电，工作时功耗<120mW,待机时功耗<10uW。能够满足本系统对屏幕黑白块识别的要求。（2）OV7620的功能控制OV7620 的控制采用SCCB(SeriaI Camera ControlBus)协议。SCCB 是简化的I2C 协议，SIO-l 是串行时钟输入线，SIO-O 是串行双向数据线，分别相当于I2C 协议的SCL 和SDA。SCCB 的总线时序与I2C基本相同，它的响应信号ACK 被称为一个传输单元的第9 位，分为Dontcare 和NA。Dont care 位由从机产生；NA 位由主机产生，由于

27、SCCB不支持多字节的读写，NA 位必须为高电平。另外，SCCB 没有重复起始的概念，因此在SCCB 的读周期中，当主机发送完片内寄存器地址后，必须发送总线停止条件。不然在发送读命令时，从机将不能产生Dont care响应信号。由于I2C 和SCCB 的一些细微差别，所以采用GPIO 模拟SCCB 总线的方式。SCL 所连接的引脚始终设为输出方式，而SDA 所连接的引脚在数据传输过程中，通过设置IODIR 的值，动态改变引脚的输入/输出方式。SCCB 的写周期直接使用I2C 总线协议的写周期时序；而SC-CB 的读周期，则增加一个总线停止条件。OV7620 功能寄存器的地址为0x000x7C(

28、其中，不少是保留寄存器)。通过设置相应的寄存器，可以使OV7620 工作于不同的模式。（3）OV7620电路及引脚说明系统中OV7620的电路图如下图所示，OV7620的各引脚定义如下表所示； 图9 OV7670 电路图表2： OV7620引脚功能Y0.Y7数字信号输出PCLK像素同步信号HREF行信号VSYN场信号FOOD奇偶场信号RST芯片复位引脚VTO模拟信号输出，（用于调试对焦）SCL、SDASCCB读写引脚VCC（+5V）、GND电源引脚2、电源管理模块系统采用四路舵机并行工作，舵机动作越快其工作电流越大，单路需要100mA到1.5A之间，考虑到系统的工作稳定性，故采用集成AC220

29、至DC12V、5A电源模块与自制DC12V至DC5V、5A电源模块构成系统的供电模块。 图10 5V供电电路模块舵机属于大电流的感性负载，很容易将干扰引入电路中。另一方面，使用普通的线性稳压芯片功耗太大，发热严重。因此，DC12V至DC5V使用开关稳压芯片TPS5430，TPS5430可连续输出3A电流，峰值电流可达4A,转换效率可以达到95%。图26所示为舵机供电模块。图11 舵机供电模块3、 机器手模块介绍在机器臂机电控制系统中，舵机控制效果是性能的重要影响因素。舵机可以在微机电系统和航模中作为基本的输出执行机构，其简单的控制和输出使得单片机系统非常容易与之接口。图12 996R舵机舵机是

30、一种位置伺服的驱动器，适用于那些需要角度不断变化并可以保持的控制系统。其工作原理是：控制信号由接收机的通道进入信号调制芯片，获得直流偏置电压。它内部有一个基准电路，产生周期为20ms，宽度为1.5ms的基准信号，将获得的直流偏置电压与电位器的电压比较，获得电压差输出。最后，电压差的正负输出到电机驱动芯片决定电机的正反转。当电机转速一定时，通过级联减速齿轮带动电位器旋转，使得电压差为0，电机停止转动。 图13 舵机的控制要求舵机的控制信号是PWM信号，利用占空比的变化改变舵机的位置。一般舵机的控制要求如图13所示。舵机的控制一般需要一个20ms左右的时基脉冲，该脉冲的高电平部分一般为0.5ms2

31、.5ms范围内的角度控制脉冲部分。以180度角度伺服为例，那么对应的控制关系是这样的：0.5ms-0度；1.0ms-45度；1.5ms-90度；2.0ms-135度；2.5ms-180度； 舵机为随动机构，即舵机的调节方式为：（1）当其未转到目标位置时，将全速向目标位置转动。 （2）当其到达目标位置时，将自动保持该位置。所以对于数字舵机而言，PWM信号提供的是目标位置，跟踪运动要靠舵机本身。 4、 电容笔安装 （1）安装时，电容笔的前部尽量多的与屏幕接触，以防止在触碰时不能及时准确的响应； （2）安装时，电容笔的外壳应用导线与地相连，以改变触碰区域的电容。5、 机械安装设计

32、 （1）舵机的安装整体机械结构如下图所示，采用上下两层，每层各两个舵机的方式固定在木板上，以保证舵机在运动过程中的系统整体的稳定性。图14 舵机安装示意图 （2）摄像头安装 采用高度及摄像头前伸长度可调节的自制支架，待调节好高度之后及前伸长度确定后固定各个可调节节点，以保证摄像头的稳定不晃动从而得到准确的数字图像数据。为后来对图像数据的处理提供可靠保证。 图15 系统安装结构示意图第四部分：嵌入式系统软件设计Chapter Four: Software Design一、控制系统概述软件设计的目的是通过对平板电脑屏幕进行检测，对舵机进行实时控制，检测游戏中的特征信息，并进行快速反应去控制游戏的进

33、行。软件检测的内容主要包括摄像头采集平板电脑屏幕信息、识别信息中的重要内容；软件控制的主要内容包括四个舵机的控制过程。软件设计主要包括主程序的设计、功能模块子程序的设计。在主程序中进行摄像头采集图像、检测并识别游戏中信息的过程。 在识别出相应的信息之后，控制舵机向下运动，使触摸笔碰触触摸屏去控制游戏的进行。 二、子模块的软件实现方法- 55 -软件控制流程图如图16所示。在上电后先进行各个模块的初始化并进行检测是否正常工作。经过短暂的延时后，摄像头开始采集图像，在每一次采集完图像后对图像的某一段区域进行二值化的处理。对二值化后的图像区域进行判断，判断出当前图像下黑白块的位置，确定位置信息后，将

34、信息返回给舵机控制部分子程序，进而控制舵机运动，将触控笔向下移动后退回，重复游戏过程直到游戏结束。图16 软件控制流程图图像处理部分：采用OV7620，可以简单方便的直接采集灰度图像，对于本次设计的要求完全适合。在采集图像后，对于距离屏幕下方5厘米处区域进行二值化处理，得到相关的信息，此时包括了即将到来的黑白块信息。图17 舵机控制流程图舵机控制部分：舵机控制部分是由相应的IP核控制的。当摄像头将黑白块信息传递过来后，我们可以将相应位置的舵机进行转动，去控制触控笔的下降。通过IP核，我们可以很简单方便的去调节舵机转动的角度。在调试的时候带来很大的便利。 图18 图像处理流程图 第五部分：系统测

35、试方案及数据Chapter Five: System Test and The Results一、测试工具设备：秒表、打点计数器、示波器二、功能测试方案：在实验室日光灯和常温条件下进行测试。1、最快屏幕敲击速度测试调试舵机至来回振动状态且振动速度最快，并放置在屏幕上方。利用秒表和打点计数器记录20s内舵机打击屏幕次数，并进行多次实验，即可得到最快屏幕敲击速度。2、摄像头帧数刷新最快速度测试摄像头在程序里面将其配置成最高速率模式，然后利用示波器检测每一帧数据流然后直接读出其频率，便可估算其帧频率。进行多次实验求其平均值。3、Classic 模式测试将平板游戏选择Classic 模式，然后让系统开

36、始工作，记录显示屏上的数字即可。4、Arcade 模式测试将平板游戏选择Arcade模式，然后让系统开始工作，记录显示屏上的数字即可。三、测试数据结果：1、最快敲击速度： 3.6次/s次数12345平均20s记录数据69767072703.6次/s2、摄像头刷新频率：29帧/s次数12345平均记录脉冲数302728302929帧/s3、Classic最快记录8.915s4、Arcade最佳记录321四、 测试结果分析：该装置完成了我们设定的初步要求，以上两幅图片为我们的某次测试结果。由于该装置受舵机控制误差、灯光对摄像头造成影响，造成测试结果不是非常稳定，大约每15次会有一次效果不是非常理想

37、的情况。根据分析，主要是周边环境对于摄像头的影响造成的。第六部分：设计特色及后期展望Chapter Six: Specialty Design and Prospects一、设计特色1、作品构思本系统设计主要是基于目前最流行的手机游戏。在之前我们都玩过这个游戏，但是一直苦于过关，所以经过一起讨论就萌生了这个课题的想法。我们巧妙地应用仿生学的特点，制作一个机械手，然后再进行有关的控制，即可完成多种多样的游戏任务。2、 SOPC系统设计采用多级结构将硬件结构进行分层，并分别设计出低耦合高内聚的硬件模块。其高度独立性使得各功能模块可依据不同的任务需求进行高效、易行的重构。3、 自定义IP核 Nios

38、 II CPU通过Avalon总线与众多标准外设及多个自行研发的功能IP核相连接。这些复杂IP依功能需求进行设计，将快速高性能数据运算功能集中在硬件部分实现，大大提高了软件运行的效率。4、软件算法创新摄像头采集的图像数据为640*480，我们利用软件的算法只扫描我们所需要的某一行，可以加快反应速率，同时后续数据处理工作也会更容易。在判断黑白块位置时，我们利用色图的位数大小来辨别黑白可以很准确的辨别出方块位置。二、后期展望目前为止，我们所做的工作都还相对粗糙。整个装置的结构目前相对的简单，系统不是非常稳定，响应速度、机械结构等方面都有待改善，在图像算法处理上还过于简单，一定程度上影响了定位的精度

39、。系统开发平台支持二次开发，可以进一步完善算法和进行功能扩展。采用帧数更多的摄像头，系统的响应速度会进一步提高。舵机目前反应最高速率仍然达不到预期要求，可以从一下两个方面考虑进行改进。一是在手指长度可以伸长一点，舵机转动角度减小，反应速度增加；而是选择响应更快地舵机，或者触点动作利用自复位电磁铁来完成，舵机负责方为控制即可。电源可利用电池来代替，系统结构会更加简单利用DE1-SOC的ARM核进行算法处理，其运算速度比NIOS处理更加快，且调试更加简单。第七部分：总结Chapter Seven: Summary首先，非常感谢Altera公司和友晶科技向我们提供的DE1-SOC开发板及配套开发工具

40、，能够让我们在专业的平台上快速地学习、设计，使我们对SOPC技术有了更进一步的认识和理解。SOPC解决方案把以往需要外部控制单元（如单片机）和信号处理单元（如DSP）全部集成到一片FPGA中，高集成度使得成本大幅度下降，并具有更高的便利性和灵活性。内部Nios II软核的多种外设和接口都可以随需要增减，甚至自行进行设计，真正实现了硬件设计软件化，这为设计带来了极大的方便。同时实现了处理器与硬件逻辑的无缝接口，减少了硬件布线的麻烦，保证了系统的稳定性。SOPC解决方案中的软硬件协同开发技术使得在同一片FPGA上可以将FPGA逻辑开发和Nios软核内部的程序开发同步进行，大大提高了系统设计的效率。

41、 由于是第一次接触到这块板子，刚开始入门还比较困难，这段时间也非常的艰辛。我们团队在几个月的奋战中，虽然遇到了许多难题，但都坚持钻研的学习态度和决不放弃的精神，最终在大家的共同努力下完成了系统的方案设计、机械设计、硬件设计、软件编写及调试，实现了机器手的基本部分。在刚决定选择这个课题时，我们受到了很多的质疑与反对，很多人说我们的课题毫无实际意义。我们也都考虑过，如果课题从以前的项目或者其他比赛里面移植过来会简单很多，而且都有很高的实际应用价值。但是作为新一代年轻人，我们要敢于挑战新的东西，既然是创新设计大赛，我们就要做别人没做过的事情，这样更能体现出我们敢于创新的核心价值。我们的作品在性能方面

42、仍有很大提升空间。今后仍需要我们更加坚实的理论基础和毅力，改善和提高系统性能。感谢那些在设计过程中热心帮助我们的老师、同学和举办此次比赛的工作人员。最后，再一次感谢在百忙之中评阅论文和参加答辩的各位专家和教授！附录一、程序清单： VerilogHDL：module DE1_SoC_SDRAM_Nios_Test( / ADC / inout ADC_CS_N, output ADC_DIN, input ADC_DOUT, output ADC_SCLK, / AUD / input AUD_ADCDAT, inout AUD_ADCLRCK, inout AUD_BCLK, output A

43、UD_DACDAT, inout AUD_DACLRCK, output AUD_XCK, / CLOCK2 / input CLOCK2_50, / CLOCK3 / input CLOCK3_50, / CLOCK4 / input CLOCK4_50, / CLOCK / input CLOCK_50, / DRAM / output 12:0 DRAM_ADDR, output 1:0 DRAM_BA, output DRAM_CAS_N, output DRAM_CKE, output DRAM_CLK, output DRAM_CS_N, inout 15:0 DRAM_DQ, o

44、utput DRAM_LDQM, output DRAM_RAS_N, output DRAM_UDQM, output DRAM_WE_N, / FAN / output FAN_CTRL, / FPGA / output FPGA_I2C_SCLK, inout FPGA_I2C_SDAT, / GPIO / inout 35:0 GPIO_0,inout 35:0 GPIO_1, / HEX0 / output 6:0 HEX0, / HEX1 / output 6:0 HEX1, / HEX2 / output 6:0 HEX2, / HEX3 / output 6:0 HEX3, / HEX4 / output 6:0 HEX4, / HEX5 / output 6:0 HEX5,ifdef ENABLE_HPS / HPS / input HPS_CONV_USB_N, output 14:0 HPS_DDR3_ADDR, output 2:0 HPS_DDR3_BA, ou