【正文】 號用數(shù)字技術變換成數(shù)字信號后，再在線路上進行傳輸。 但是在近十年中由于大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展 ， 生產(chǎn)了大容量的半導體存貯器、移位寄存器 ， 以及廣泛應用的微處理器芯片和許多支持芯片。在這些器件以及應 用這些器件的電路和系統(tǒng)中采用數(shù)據(jù)表示信息。這個數(shù)據(jù)可以是存貯器的地址或該地址單元中所存放的內容，而這個內容可以是程序中某條指令或要操作的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)及其控制信號的其中一個特點就是它們都是邏輯信號 ， 可以表示為高電平或低電平 ， 或表示為邏輯“ 1 ” 或邏輯“ 0 ” ， 只有這兩種狀態(tài)。數(shù)據(jù)信號的另一個特點就是它是由幾個比特（ bit）的邏輯狀態(tài)來組成一個具體的數(shù)據(jù)字（ word）。在數(shù)字通信中它們以串行方式進行傳輸 ， 如以五位或七位代碼表示一個量值或控制信號。數(shù)據(jù)信號的第三個特點是邏輯信號往往是隨機的 ， 非周期性信 號 ， 甚至是間歇出現(xiàn)的信號。 傳統(tǒng)的示波器往往比較適合觀察周期性的重復出現(xiàn)的模擬信號或脈沖信號。但是對隨機的非周期信號是很難穩(wěn)定同步的。而且在現(xiàn)有示波器中一般只有雙蹤交替掃描顯示 ， 所以它們不能觀察顯示多通道的并行邏輯狀態(tài)。并且示波器是由被測信號的波形電平去觸發(fā)產(chǎn)生掃描來顯示被測信號 ， 它不能捕捉特定的數(shù)據(jù)字 ， 不能由特定的地址或指令來進行觸發(fā) ， 以便觀察顯示相應的數(shù)據(jù)序列。一般示波器的第三個主要缺點是沒有數(shù)據(jù)存貯能力 ， 所以就不能捕捉和保存瞬刻即逝的信號。 邏輯分析儀的設計 2 1 概述 邏輯分析儀 的作用及地位 邏輯分析儀 的需求 隨著科學技術的發(fā)展 ， 不僅網(wǎng)絡技術得到了發(fā)展， 大規(guī)模集成電路、可編程邏輯器件、高速數(shù)據(jù)信號處理器和計算機技術等高新技術也得到迅猛發(fā)展。現(xiàn)在 為解決數(shù)字設備、計算機及 VLSI 等電路在研制、生產(chǎn)、檢修和維護中的測試問題，出現(xiàn)了一類新的測試設備。 在電子器械中主要運用的 信息載體主要是二進制數(shù)據(jù)流， 現(xiàn)在除了有 頻域或時域的測量 外 ， 又有新的一類測量 把這一類測試統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)域（ Data Domain）測試，即有關數(shù)字系統(tǒng)的測試稱為數(shù)據(jù)域測試。以離散時間或事件出現(xiàn)的次序為自變量，狀態(tài)值為因變量的函數(shù)關系屬 數(shù)據(jù)域范疇。具有以下一些特征： (1) 數(shù)字信息幾乎都是多位傳輸?shù)摹? (2) 數(shù)字信息是按時序傳遞的。 (3) 許多信號僅發(fā)生一次。有些信號雖然可以重復發(fā)生，但是它們是非周期性的。 (4) 造成系統(tǒng)出錯的誤碼?；煸谝淮_的數(shù)據(jù)流中，實際上只有錯誤已經(jīng)發(fā)生以后才能辨認出來。 (5) 信號的速度變換范圍很大（如高速運行的主機和低速的外圍設備）。顯然，對數(shù)字系統(tǒng)的檢測不可能象對模擬系統(tǒng)那樣。用示波器及一般的電子測量儀器是難以觀察和測量數(shù)字信息的。 以上特點決定了對數(shù)字系統(tǒng)基本的檢測要求： a、跟蹤與分析狀態(tài)數(shù)據(jù) 流。這是對數(shù)字系統(tǒng)進行功能分析所必須的基本測量。跟蹤狀態(tài)流需要利用地址總線，最好同時也能觀察數(shù)據(jù)總線，以便分析總線的全面工作情況。由于有的總線是復用的，因此要求測量時有選擇數(shù)據(jù)的能力。 b、為了監(jiān)視數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)流，需要設置一個觀察參考點，由它來決定需要捕獲的對分析有意義的那部分數(shù)據(jù)。 c、分析異步總線時，需要了解各信號狀態(tài)序列和每個信號在給定狀態(tài)的持續(xù)時間，以便判定系統(tǒng)是否按正確的時序運行。這要求能分析信號狀態(tài)之間的時間關系。 邏輯分析儀的設計 3 d、來自系統(tǒng)內部或外界的干擾及毛刺常引起硬件出錯，這樣就需要捕捉干擾或毛刺，并 把它們顯示出來。 邏輯分析儀介紹 邏輯分析儀是用來分析數(shù)字系統(tǒng)邏輯關系的一種儀器。它屬于總線分析儀一類的數(shù)據(jù)域測試儀器，它主要用于查找總線 (或多線 )相關性故障。 對于數(shù)據(jù)域的測試，邏輯分析儀是最典型的測試儀器。它一方面是分析數(shù)字系統(tǒng)和計算機軟、硬件最有力的工具，另一方面它本身又與微計算機緊密結合起來，產(chǎn)生了多種智能邏輯分析儀和個人儀器型的邏輯分析儀插件。有些邏輯分析儀還與計算機開發(fā)系統(tǒng)、仿真器、數(shù)字電壓表和示波器等結合起來，構成完善的儀器系統(tǒng)。有些先進的邏輯分析儀可以同時檢測幾百路的信號，還擁 有靈活多樣的觸發(fā)方式，可以方便的在數(shù)據(jù)流中選擇感興趣的觀測窗口。邏輯分析儀還能觀測觸發(fā)前和觸發(fā)后的數(shù)據(jù)流，具有多種便于分析的顯示方式。目前邏輯分析儀已成為設計，調試和檢測維修復雜數(shù)字系統(tǒng)，計算機和微機化產(chǎn)品的最有力工具。 邏輯分析儀按其工作特點，可分為兩大類：邏輯狀態(tài)分析儀（ Logic State Analyzer，簡稱 LSA）和邏輯定時分析儀（ Logic Timing Analyzer，簡稱 LTA）。兩類分析儀的基本結構是相似的，主要區(qū)別在于顯示方式和定時方式上。 邏輯狀態(tài)分析儀主要用來監(jiān)測數(shù)字系統(tǒng)的工作 程序，并用 “0”或“1”來顯示被測系統(tǒng)的邏輯狀態(tài)，以便對系統(tǒng)進行狀態(tài)分析。其狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集是在被測系統(tǒng)的時鐘下實現(xiàn)的，即邏輯狀態(tài)分析儀與系統(tǒng)是同步工作的。這能有效地解決程序的動態(tài)調試問題，因此，邏輯狀態(tài)分析儀主要用于系統(tǒng)的軟件測試。 邏輯定時分析儀主要用來顯示各通道的邏輯波形，特別是各通道之間波形的時序關系。為了能顯示出這種時序關系，在邏輯定時分析儀中應提供采樣時鐘，即所謂內部時鐘，來控制數(shù)據(jù)的采集。一般采集數(shù)據(jù)的內部時鐘頻率應該是被測系統(tǒng)時鐘頻率的 5～ 10 倍。因此，從上面的描述可以看出，邏輯定時分析儀與 被測系統(tǒng)是異步工作的，主要用于系統(tǒng)的硬件測試，它能檢測出系統(tǒng)的工作時序及各種不正常邏輯分析儀的設計 4 的毛刺脈沖。 邏輯分析儀的應用 邏輯分析儀是一種數(shù)據(jù)域測試儀器。邏輯分析儀在計算機、自動測試系統(tǒng)、 IC 設計、智能儀器、數(shù)據(jù)通訊以及自動控制等數(shù)字系統(tǒng)中是新產(chǎn)品開發(fā)和系統(tǒng)維護必不可少的工具。 在軟件方面，邏輯分析儀具有很大存儲深度的特性，可以用長時間間隔“實時跟蹤”方法來找到問題根源，再加上邏輯分析儀具有實時跟蹤記錄程序的能力而無須停止運行的特性 。 在軟件方面，特別是象沖突、存儲器泄漏和棧溢出等這些實時軟件問題是 很難診斷的，因為它們只有系統(tǒng)在某一速度運行時才出現(xiàn)。邏輯分析儀具有很大存儲深度的特性，可以用長時間間隔“實時跟蹤”方法來找到問題根源。因而，邏輯分析儀具有實時跟蹤記錄程序的能力而無須停止運行。 在硬件方面，嵌入式硬件設計者在系統(tǒng)開發(fā)中試圖找出不明顯的實時硬件問題是很難的，這些問題包括：邏輯錯、邏輯電平違例、噪聲超限、串擾、總線競爭、匹配電阻錯、時鐘漂移、時序超差或違例、建立保持時間違例和毛刺。邏輯分析儀為實時監(jiān)視、捕捉和分析硬件操作提供了一種解決方法?，F(xiàn)在，邏輯分析儀已經(jīng)成為國際上最通用的電子測量儀器之一。 邏輯分析儀的發(fā)展狀況 邏輯分析儀是一種常見的電子測量儀器，是數(shù)字域分析儀器的典型代表，它的主要功能是測量數(shù)字電路中的邏輯波形及邏輯關系。目前，它在數(shù)字域內解決問題的能力已使它的應用處于與示波器并列的位置。前者用于解決數(shù)字域檢測問題，后者則用于解決模擬信號的檢測問題。邏輯分析技術的發(fā)展可以由邏輯分析儀的發(fā)展來展示。 邏輯分析儀最早被構思為 “ 數(shù)字示波器 ” ，由多線示波器的設計思路發(fā)展而成。自 1973 年美國 HP 公司和 Biomation 公司幾乎同時研制出了第一代邏輯分析儀，迄今為止已經(jīng)經(jīng)歷了四代。第 一代產(chǎn)品速度低、功能簡單，具有基本觸發(fā)功能和簡單顯示方式；第二代產(chǎn)品邏輯分析儀的設計 5 在觸發(fā)功能和顯示方式上作出了較大改進，以便適應微機軟、硬件分析的需要；第三代產(chǎn)品實現(xiàn)微機化，將定時分析和狀態(tài)分析結合在一起，便于軟、硬件交互分析，功能日臻完善；第四代產(chǎn)品構成功能完善的儀器系統(tǒng)，不僅包含了早期的邏輯分析儀功能，還擴充了特征分析儀和嵌入式開發(fā)系統(tǒng)等功能。 20 世紀 80 年代后期，邏輯分析儀變得更加復雜，當然使用起來也就更加困難。今天的邏輯分析儀提供幾百個工作在 200MHz 頻率上的通道信號連接就是個現(xiàn)實問題。適配器、夾子和輔助爪 鉤等多種多樣，但是最好的辦法的是設計一種廉價的測試夾具，邏輯分析儀直接連接到夾具上，形成可靠和緊湊的接觸 。 設計的提出 隨著科學技術的發(fā)展，不僅網(wǎng)絡技術得到了發(fā)展，大規(guī)模集成電路、可編程邏輯器件、高速數(shù)據(jù)信號處理器和計算機技術等高新技術也得到迅猛發(fā)展。現(xiàn)在為解決數(shù)字設備、計算機及 VLSI 等電路在研制、生產(chǎn)、檢修和維護中的測試問題，出現(xiàn)了一類新的測試設備。在電子器械中主要運用的信息載體主要是二進制數(shù)據(jù)流，現(xiàn)在除了有頻域或時域的測量外，又有新的一類測量把這一類測試統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)域（ Data Domain）測試，即有關數(shù)字系統(tǒng)的測試稱為數(shù)據(jù)域測試。以離散時間或事件出現(xiàn)的次序為自變量，狀態(tài)值為因變量的函數(shù)關系屬數(shù)據(jù)域范疇。具有以下一些特征： (1) 數(shù)字信息幾乎都是多位傳輸?shù)摹? (2) 數(shù)字信息是按時序傳遞的。 (3) 許多信號僅發(fā)生一次。有些信號雖然可以重復發(fā)生，但是它們是非周期性的。 (4) 造成系統(tǒng)出錯的誤碼?；煸谝淮_的數(shù)據(jù)流中，實際上只有錯誤已經(jīng)發(fā)生以后才能辨認出來。 (5) 信號的速度變換范圍很大（如高速運行的主機和低速的外圍設備）。顯然，對數(shù)字系統(tǒng)的檢測不可能象對模擬系統(tǒng)那樣。用示波器及一般的 電子測量儀器是難以觀察和測量數(shù)字信息的。 本設計提出是為了解決儀器的測量問題，本實驗主要是以單片機為核心 。本設計采用 AT89C51 單片機控制 8 路邏輯信號電平采集的簡易邏輯分析儀設計。邏輯信號門限電壓通過鍵盤任意設定，信號采集的觸發(fā)等級、觸發(fā)條件、觸發(fā)位置由鍵盤設定。 邏輯分析儀的設計 6 2 系統(tǒng)工作原理 系統(tǒng)組織結構 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。 如圖 所示。 圖 系統(tǒng) 組織結構圖 第一部分是 8 位數(shù)字信號發(fā)生器。本題要求能產(chǎn)生 8 路可預置的循環(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，并能夠重復輸出。用單片機 AT89C52 來完成。 第二部分為功能控制系統(tǒng)。此系統(tǒng)實現(xiàn)控制簡易邏輯分析儀的某些特殊功能。用單片機 AT89C52 完成。 第三部分數(shù)據(jù)采集電路的實現(xiàn)也用單片 機 AT89C52 完成數(shù)據(jù)采集及存儲。 用單片機來完成 8 位數(shù)字發(fā)生器、功能控制系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集電路。 第四部分顯示電路，主要使用示波器顯示出結果波形。 同步信號號 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 功能控制系統(tǒng) 信號源 同步信號 簡易邏輯分析儀 8 位序列 8 位序列 同步信號 觸發(fā)字 8 位序列 顯示電路 示 波 器 8 位數(shù)字信號發(fā) 生 邏輯分析儀的設計 7 系統(tǒng)原理框圖 根據(jù)已確立的各部分電路，選擇好主控器件 我們根據(jù)題目的基本要求和發(fā)揮部分的需要，進一步完善各部分電路的具體實現(xiàn)，作出了此分析儀的系統(tǒng)原理框圖，如圖 所示： 圖 系統(tǒng)原理方框圖 邏輯分析儀的設計 8 3 系統(tǒng)硬件設計 本文的硬件結構主要是由以下幾個部分組成的 :系統(tǒng)主控模塊AT89C5數(shù)字信號發(fā)生模塊、 D/A 轉換模塊、鍵盤輸入模塊、 CPLD顯示模塊。 硬件器材 的選擇與應用 單片機概述 單片機是一種集成在 電路 芯片，是采用 超大規(guī)模集成電路 技術把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器 CPU隨機存儲器 RAM、 只讀存儲器ROM、多種 I/O 口和中斷系統(tǒng)、定時器 /計時器 等功能 ， 可能還包括顯示驅動電路、 脈寬調制 電路、模擬多路轉換器、 A/D 轉換器 等電路 ，集成到一塊硅片上構成的一個小而完善的 計算機系統(tǒng) 。因此單片機早期的含義為單片微型計算機（ single chip microputer），直接譯為單片機，并一直沿用至今。 由于單片機面對的是測控對象，突出的是控制功能，所以它從功能和形態(tài)上來說都是應控制領域應用的要求 而誕生的。隨著單片機技術的發(fā)展，它在芯片內集成了許多面對測控對象的接口電路，如ADC、 DAC、高速 I/O 口、 PWM、 WDT 等。這些對外電路及外設接口已經(jīng)突破了微型計算機（ microputer） 傳統(tǒng)的體系結構，所以更為確切反映單片機本質的名稱應是微控制器。 單片機是單芯片形態(tài)作為嵌入式應用的計算機，它有惟一的、專門為嵌入式應用而設計的體系結構和指令系統(tǒng)，加上它的芯片級體積的優(yōu)點和在現(xiàn)場環(huán)境下可高速可靠地運行的特點，因此單片機又稱之為嵌入式微控制器（ embedded micro controller）。但 是，在國內單片機的叫法仍然有著普遍的意義。我們已經(jīng)把單片機理解為一個單芯片形態(tài)的微控制器，它是一個典型的嵌入式應用計算機系統(tǒng)。目前按單片機內部數(shù)據(jù)通道的寬度，把它們分為 4 位、 8 位、 16位及 32位單片機。 單片機的通過你編寫的程序可以實現(xiàn)高智能，高效率，以及高可邏輯分析儀的設計 9 靠性！ 目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。導彈的導航裝置，飛機上各種儀表的控制，計算機的網(wǎng)絡通訊與數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)自動化過程的實時控制和