簡易邏輯分析儀

1、簡易邏輯分析儀 摘要：本系統(tǒng)由4路數(shù)字信號發(fā)生器電路、數(shù)據(jù)采集電路、功能控制系統(tǒng)、顯示電路四部分構(gòu)成。4路數(shù)字信號發(fā)生器電路由單片機、按鍵等元器件組成，可以產(chǎn)生4路循環(huán)移位邏輯信號序列，并能設(shè)定、調(diào)節(jié)并顯示預(yù)置值。數(shù)據(jù)采集電路由單片機控制，能夠采集并存儲輸入的4路邏輯序列。功能控制系統(tǒng)由單片機構(gòu)成，可以實現(xiàn)控制功能設(shè)定、觸發(fā)字及觸發(fā)模式顯示等各項功能。示波器顯示控制電路主要由單片機和電平移位及掃描電路組成，用于將單片機中的4路邏輯送入示波器顯示。一、 設(shè)計任務(wù)1、基本要求 （1）制作數(shù)字信號發(fā)生器 能產(chǎn)生4路可預(yù)置的循環(huán)移位邏輯信號序列，輸出信號為TTL電平，序列時鐘頻率為100Hz，并能夠重

2、復(fù)輸出。邏輯信號序列示例如圖2所示。 （2）制作簡易邏輯分析儀 a具有采集4路邏輯信號的功能，并可設(shè)置單級觸發(fā)字。信號采集的觸發(fā)條件為各路被測信號電平與觸發(fā)字所設(shè)定的邏輯狀態(tài)相同。在滿足觸發(fā)條件時，能對被測信號進(jìn)行一次采集、存儲。 b能利用模擬示波器清晰穩(wěn)定地顯示所采集到的4路信號波形，并顯示觸發(fā)點位置。 c4位輸入電路的輸入阻抗大于50k，其邏輯信號門限電壓可在0.254V范圍內(nèi)按16級變化，以適應(yīng)各種輸入信號的邏輯電平。 d每通道的存儲深度為20bit。 2發(fā)揮部分 （1）能在示波器上顯示可移動的時間標(biāo)志線，并采用LED或其它方式顯示時間標(biāo)志線所對應(yīng)時刻的4路輸入信號邏輯狀態(tài)。 （2）簡易

3、邏輯分析儀應(yīng)具備3級邏輯狀態(tài)分析觸發(fā)功能，即當(dāng)連續(xù)依次捕捉到設(shè)定的3個觸發(fā)字時，開始對被測信號進(jìn)行一次采集、存儲與顯示，并顯示觸發(fā)點位置。3級觸發(fā)字可任意設(shè)定（例如：在4路信號中指定連續(xù)依次捕捉到兩路信號11、01、00作為三級觸發(fā)狀態(tài)字）。 （3）觸發(fā)位置可調(diào)（即可選擇顯示觸發(fā)前、后所保存的邏輯狀態(tài)字?jǐn)?shù)）。 （4）其它（如增加存儲深度后分頁顯示等）二、方案論證簡易邏輯分析儀系統(tǒng)包括四個部分：（1）8位數(shù)字信號發(fā)生器（2）數(shù)據(jù)采集電路（3）功能控制電路（4）顯示電路。2.1 4路數(shù)字信號發(fā)生器方案比較本題要求能產(chǎn)生4可預(yù)置的循環(huán)移位邏輯信號序列，輸出信號為TTL電平，序列時鐘頻率為100Hz，

4、并能夠重復(fù)輸出。這里有兩種方案供選擇：方案一：采用中、小規(guī)模器件實現(xiàn)；方案二：用單片機c8051f030來完成。如果使用中、小規(guī)模器件，雖然不需要使用軟件編程，但使用的芯片很多，不僅電路復(fù)雜，而且由于電路內(nèi)部接口信號煩瑣，中間關(guān)聯(lián)多，抗干擾能力差。而單片機作為一個智能化的可編程器件，可以通過軟件完成相關(guān)功能。因此，我們采用方案二來完成4數(shù)字信號發(fā)生器電路。2.2 功能控制系統(tǒng)方案比較此系統(tǒng)實現(xiàn)控制簡易邏輯分析儀的某些特殊功能。有兩種方案：方案一：用中小規(guī)模元件組成控制系統(tǒng)。方案二：用單片機c8051f020完成。如前所述，與中、小規(guī)模元件組成的控制系統(tǒng)相比，單片機有著先天的優(yōu)勢，不僅系統(tǒng)更加穩(wěn)

5、定，而且易于操作。 因此方案二更合理。2.3 數(shù)據(jù)采集電路的實現(xiàn)方案比較。方案1：用可編程邏輯器件FPGA來實現(xiàn)。方案2：用單片C8051f020機完成數(shù)據(jù)采集及存儲。由于題目要求采集的是100Hz的低頻時鐘序列，用普通單片機可以輕松實現(xiàn)，采用FPGA有點大材小用，所以不需要使用復(fù)雜的FPGA系統(tǒng)。所以，我們使用方案二實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集電路。 2.4、顯示系統(tǒng)方案比較方案一：使用FPGA完成控制；方案二：用單片機c8051f020實現(xiàn)控制。本題要求在示波器上清晰穩(wěn)定地顯示信號序列，由于是4路顯示，要求不是太高，我們選用單片機就可以實現(xiàn)。因此，這里選用方案二。最終確定系統(tǒng)框圖如圖1所示：圖 1系統(tǒng)總體

6、原理框圖三、系統(tǒng)硬件電路本系統(tǒng)要求4位輸入電路的輸入阻抗大于50k，其邏輯信號門限電壓可在0.254V范圍內(nèi)按16級變化，以適應(yīng)各種輸入信號的邏輯電平。 所以使用C8051f020設(shè)定觸發(fā)字，由于單片機引腳輸出電壓最大為3.3V，要達(dá)到0.25V4.0V就需要一個放大作為基準(zhǔn)，且系統(tǒng)設(shè)計輸入電阻要大于50K，所以做了一個電壓跟隨器。然后從0.25V4.0V之間的16個等級選出一級送到LM393運放比較器，作為不同邏輯電平轉(zhuǎn)換的參考電壓。電路原理圖為圖2圖 2 門限電壓比較電路原理圖四、系統(tǒng)軟件設(shè)計4.1 數(shù)字信號發(fā)生器設(shè)計依據(jù)題目要求，要產(chǎn)生100Hz循環(huán)移位邏輯信號序列，需要給C8051f0

7、30定時器0設(shè)定10ms中斷，利用中斷程序來實現(xiàn)這個目的。電路中使用了兩個按鍵分別控制序列的高4位和低4位。用單片機上的LED數(shù)碼管顯示預(yù)設(shè)值的情況。軟件流程圖如圖4-1所示：主程序 定時器T0中斷（10ms）圖4-1 信號發(fā)生軟件流程4.2 簡易邏輯分析儀設(shè)計采用8051f020來采集數(shù)據(jù)，對每路信號進(jìn)行20位深度的存儲。為了將4路TTL邏輯電平清晰穩(wěn)定地顯示在邏輯示波器上，首先需要將4路信號分別移位到不同的電平等級上。我們采用C8905f020單片機DA將各路邏輯電平輸出的高低電平進(jìn)行分級，在示波器上通過讀取不同的低電平線來區(qū)分各路信號。其軟件流程圖如圖其具體流程圖如圖4-2所示： 圖4-

8、2五、系統(tǒng)測試與結(jié)果分析5.1 測試儀器表5-1 測試儀器序號儀器型號1模擬示波器MOS-620B2數(shù)控式線性直流穩(wěn)壓電源LPS-3055.2 系統(tǒng)測試5.2.1數(shù)字信號發(fā)生器測試結(jié)果在單片機C8051f330數(shù)碼管上設(shè)置的數(shù)為4，4路循環(huán)移位邏輯信號序列波形顯示結(jié)果如圖5-1圖5-1 4路數(shù)字信號發(fā)生顯示4.2.2簡易邏輯分析儀測試結(jié)果當(dāng)輸入字為4時，即序列按0100序列循環(huán)輸入時，調(diào)試結(jié)果如下：1、單級觸發(fā)字調(diào)試：當(dāng)按按鍵9時，即選擇單級觸發(fā)，此時設(shè)置觸發(fā)字為4時，對被測信號的采集顯示結(jié)果如下圖4-2所示：圖5-2 單級觸發(fā)字顯示2、三級邏輯狀態(tài)分析觸發(fā)功能測試：當(dāng)按按鍵14時，即選擇三級

9、觸發(fā)，當(dāng)連續(xù)輸入觸發(fā)字為4、2、1時，對被測信號的采集顯示結(jié)果同圖4-2。3、時間標(biāo)志線的顯示：通過按鍵12來調(diào)節(jié)時間標(biāo)志線的位置，當(dāng)顯示為1的時候即時間標(biāo)志線在5ms處，由于掃描速度快，所以標(biāo)志線的顯示不是很清楚，當(dāng)輸入值為5，即時間標(biāo)志線在15ms時，此時的波形顯示如圖4-3所示：圖5-3 時間軸標(biāo)志線顯示此時LED所對應(yīng)的4路邏輯狀態(tài)為0010，與顯示波形一致。4、邏輯信號門限電壓可在0.254V范圍內(nèi)按16級變化，將邏輯信號門限電壓和輸入信號電壓通過比較器比較以后小于邏輯信號門限電壓的輸出為0V的低電平，高于邏輯信號門限電壓的輸出為5V的高電平。 五、總結(jié)本設(shè)計通過單片機C8051f330產(chǎn)生信號，然后通過單片機C8051f020進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集及20位的存儲，當(dāng)預(yù)設(shè)的序列和觸發(fā)序列匹配時開始數(shù)