【正文】 平頂山工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文）畢 業(yè) 設(shè) 計 [論 文]題目：簡易邏輯分析儀的設(shè)計系 別： 電氣與電子工程系專 業(yè)： 電氣工程及其自動化姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 平頂山工學(xué)院2008 年 05 月 28 日目錄目錄 1摘 要 2Abstract 3簡易邏輯分析儀 4第一章 緒論 4 選題的目的和意義 4 邏輯分析儀的基本組成原理 41．3 邏輯分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)及發(fā)展趨勢 6第二章 方案論證與比較 7 數(shù)字信號發(fā)生器模塊 7 邏輯分析儀模塊 8第三章 信號發(fā)生器實現(xiàn)方案 11 硬件組成 11 軟件組成 14第四章 簡易邏輯分析儀方案實現(xiàn) 15 結(jié)構(gòu)組成 15 數(shù)據(jù)采集和存儲部分 16 邏輯狀態(tài)與波形顯示部分 17 簡易邏輯分析儀的軟件流程 23 實時波形存儲與上下翻頁 25第五章：操作說明 26 數(shù)字信號發(fā)生器操作方法 27 邏輯分析儀操作方法 27第六章 附錄 28第七章 總結(jié) 42致謝 43摘 要本系統(tǒng)由8位可預(yù)置的循環(huán)移位數(shù)字信號發(fā)生器、簡易邏輯分析儀兩部分組成。循環(huán)移位數(shù)字信號發(fā)生器由51單片機控制，可以產(chǎn)生8位可預(yù)置邏輯信號序列和時鐘信號波形。其中一路輸出電平可在0～5V內(nèi)調(diào)節(jié)。采用162液晶顯示各設(shè)置參數(shù)，顯示直觀，設(shè)置方便。簡易邏輯分析儀采用雙單片機協(xié)同工作的方式：其中一片單片機作輸入控制、數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)顯示及各控制參設(shè)置；另一片單片機控制D/A轉(zhuǎn)換器輸出波形到示波器。兩單片機之間采用串行方式進(jìn)行通信。我們采用XY掃描方式的顯示方法。X軸的鋸齒波信號由D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生，由于要同時顯示8路信號，所以Y軸的信號由被測信號、時標(biāo)信號和參考電平相加得到，在軟件配合下，可以比較方便實現(xiàn)8路信號的穩(wěn)定顯示，同時也可顯示時間標(biāo)志線和觸發(fā)點位置。在本設(shè)計中，數(shù)據(jù)采集采用觸發(fā)字觸發(fā)方式。信號采集電路中采用門限電壓調(diào)節(jié)電路，～4V門限的各種邏輯電平，存儲深度達(dá)到24bit，示波器可以實現(xiàn)對8路24bit信號同時顯示。關(guān)鍵字： 數(shù)字信號發(fā)生器 邏輯分析儀 D/A轉(zhuǎn)換器 示波器 存儲深度AbstractThe system is posed of two parts,the simple logical analyzer and a digital signal generator whose value can be presetedThe signal generator is controlled by 51 sianalchip microputer,and can both generate a 8 bit signal series and a CLK sigal..One of the voltage can be adjusted between 0 v and 5 the parameters being referred will be displayed in the Liquidcrystal display CA1602A,for which is very convenience.The simple logical analyzer adopts the way two sianalchip microputers works together .One microputer controlls the input ,data storage,data display and the establishment of the data,and the another one controlls the D/A converter to display the signal figure in the two of the puters municates with each other in the series we display the wave througr XY scanning way. The Sawtooth wave signal in the X channel is forged in the D/A converter. Because the 8 groups signals will be diaplayed simultaneously,the voltage on the Y will be equalled with the sums of the reference voltage , the time indice signal and the sigals which will bu the help of the software,the 8 groups signals will be displayed stablely,also the time induce line and the trigger position will be showed in the Oscilloscope.In this system,the data sampling is trigged the using of the threshhold voltage adjustment circuit in the signal sampling circuits,logical level between v and 4 v will be sampled,and the storage depth achieves 24 bit,and 8 groups 24 bit signal will be displayed in the Oscilloscope simultaneously.Key words: digital signal generator logycal analyzer D/A converteroscilloscope storage depth第一章 緒論 選題的目的和意義隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展和計算機的應(yīng)用，數(shù)字系統(tǒng)的實現(xiàn)方法也經(jīng)歷了由分立元件、小規(guī)模、中規(guī)模到大規(guī)模、超大規(guī)模，直到今天的專用集成電路（ASIC），然而其調(diào)試和檢測也越來越復(fù)雜。邏輯分析儀作為電路設(shè)計的重要檢測工具在現(xiàn)代電路設(shè)計中也發(fā)揮著越來越重要的作用。本人選《簡易邏輯分析儀的設(shè)計》這個課題有如下目的和意義：通過查閱資料了解當(dāng)前行業(yè)前沿的設(shè)計思路和當(dāng)今邏輯分析儀的現(xiàn)狀和未來的發(fā)展方向；培養(yǎng)自己根據(jù)要求建立方案并對方案進(jìn)分析和證論的能力以及自己的計算、和繪圖能力；培養(yǎng)自己分析問題，靈活應(yīng)用所學(xué)知識解決問題并將所學(xué)的知識與現(xiàn)實相聯(lián)系的能力；培養(yǎng)自己通過利用各種渠道獲取自己所需知識信息的能力；提高自己科技論文寫作方面的能力；本設(shè)計作品可用于實驗室中對電路進(jìn)行簡單的測試，同時避免了花費大比資金購買專用的邏輯分析儀，節(jié)約了資本。 邏輯分析儀的基本組成原理邏輯分析儀是一種類似于示波器的波形測試設(shè)備，它可以監(jiān)測硬件電路工作時的邏輯電平（高或低），并加以存儲,用圖形的方式直觀地表達(dá)出來，便于用戶檢測,分析電路設(shè)計(硬件設(shè)計和軟件設(shè)計) 中的錯誤，邏輯分析儀是設(shè)計中不可缺少的設(shè)備，通過它，可以迅速地定位錯誤，解決問題，達(dá)到事半功倍的效果。邏輯分析儀是利用時鐘從測試設(shè)備上采集和顯示數(shù)字信號的儀器，最主要的作用在于時序判定。由于邏輯分析儀不像示波器那樣有許多電壓等級，通常只顯示兩個電壓（邏輯1和0），因此設(shè)定了參考電壓后，邏輯分析儀將被測信號通過比較器進(jìn)行判定，高于參考電壓者為High,低于參考電壓者為Low，在High與Low之間形成數(shù)字波形。邏輯分析儀按照其工作特點, 可以分為邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時分析儀兩類,它們的組成原理基本相同,區(qū)別主要是數(shù)據(jù)的采集方式及顯示方式有所不同。邏輯狀態(tài)分析儀主要用于系統(tǒng)的軟件分析，它在被測系統(tǒng)的時鐘控制下進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,檢測被測信號的狀態(tài),并用0和1， ,一般用于硬件測試。 它在自身時鐘的作用下,定時采集被測信號狀態(tài),以偽方波等形式顯示出來以進(jìn)行觀察分析。目前的邏輯分析儀一般同時具有狀態(tài)分析和定時分析能力. 根據(jù)硬件設(shè)備設(shè)計上的差異，目前市面上邏輯分析儀大致上可分為獨立式（或單機型）邏輯分析儀和需結(jié)合電腦的PCbased卡式虛擬邏輯分析儀。獨立式邏輯分析儀是將所有的測試軟件、運算管理元件以及整合在一臺儀器之中；卡式虛擬邏輯分析儀則需要搭配電腦一起使用，顯示屏也與主機分開。邏輯分析儀的種類繁多,在通道數(shù)量,分析速率,存儲深度,觸發(fā)方式及顯示方式等各方面各不相同,一般要觀察較長時間范圍的信號間邏輯關(guān)系或較長的數(shù)據(jù)流,才能進(jìn)行分析,邏輯分析儀一般采用先進(jìn)行數(shù)據(jù)捕獲并存儲數(shù)據(jù),采樣,數(shù)據(jù)存儲,與門限電平進(jìn)行比較通過比較器整形為符合邏輯分析儀內(nèi)部邏輯電平的信號(如TTL電平).采樣電路在時鐘 控制下對信號進(jìn)行采樣,采樣獲得的數(shù)據(jù)流送到觸發(fā)產(chǎn)生電路進(jìn)行觸發(fā)識別,根據(jù)數(shù)據(jù)捕獲方式,在數(shù)據(jù)流中搜索特定的數(shù)據(jù)字(觸發(fā)字),當(dāng)搜索到符合條件的觸發(fā)字時,就產(chǎn)生了觸發(fā)信號。數(shù)據(jù)存儲電路在觸發(fā)信號的作用下進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲控制,而時鐘電路可以選擇外時鐘或內(nèi)時鐘作為系統(tǒng)的工作時鐘。數(shù)據(jù)捕獲完成后,由顯示控制電路將存儲的數(shù)據(jù)以適當(dāng)方式顯示出來,以便對捕獲的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀分析。1．3 邏輯分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)及發(fā)展趨勢根據(jù)邏輯分析儀的功能特點,衡量邏輯分析儀性能的主要技術(shù)指標(biāo)有定時分析最大速率,狀態(tài)分析最大速率,通道數(shù),存儲深度(每個通道可以存儲的數(shù)據(jù)位數(shù))出發(fā)方式,輸入信號最小幅度,輸入門限變化范圍以及毛刺捕獲能力等。大規(guī)模集成電路和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,對邏輯分析儀提出了更高的要求。邏輯分析儀的性能在不斷提高,以適應(yīng)數(shù)字系統(tǒng)測試的需要。早期的邏輯分析儀測試速度慢,功能簡單,而且定時分析儀與狀態(tài)分析儀分屬兩中儀器。由于計算機和集成電路技術(shù)的發(fā)展,人們把定時分析與狀態(tài)分析結(jié)合在一起,以便于計算機系統(tǒng)的軟硬件分析。而且邏輯分析儀的分析速率,通道數(shù),不僅能進(jìn)行反匯編代碼顯示,有的還可以進(jìn)行高級語言的源程序顯示。采用時間直方圖檢測程序各模塊的執(zhí)行時間,分析程序效率。用地址直方圖監(jiān)測程序模塊活動情況,分析系統(tǒng)資源利用率。邏輯分析儀的另一個發(fā)展趨勢是與時域測試儀器示波器的結(jié)合。隨著數(shù)字系統(tǒng)的速度加快以及結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化,單純的邏輯分析儀已難以找出故障原因,此時要通過信號的混合分析才能完成故障診斷?；旌闲盘柗治?要求對信號進(jìn)行邏輯分析的同時,對信號的波形細(xì)節(jié)進(jìn)行觀察,邏輯分析儀只能進(jìn)行邏輯時序分析,示波器能觀察波形,單獨的邏輯分析儀或示波器都不能完成混合信號分析。這時可以將兩者集成在一起構(gòu)成混合信號分析儀,。第二章 方案論證與比較本題目實際由數(shù)字信號發(fā)生器和邏輯分析儀兩個相對獨立的部分組成，在這里也對它們進(jìn)行分別介紹： 數(shù)字信號發(fā)生器模塊一、信號發(fā)生模塊根據(jù)題目要求，可以采用以下幾種方案來實現(xiàn)循環(huán)移位序列：方案一：采用555定時器和可預(yù)置移位寄存器。用74LS194A接成8位可預(yù)置循環(huán)移位寄存器，方波發(fā)生器提供一時鐘信號給移位寄存器，預(yù)置數(shù)用8個波段開關(guān)接入，這樣就可以產(chǎn)生循環(huán)移位序列。此方案簡單可靠，但硬件復(fù)雜，不易擴(kuò)展。方案二：用PC 通過軟件編程可以從并行口輸出信號波形，不需要硬件電路，且設(shè)計靈活，但是不適合本畢業(yè)設(shè)計的要求，并且PC體積大，攜帶不方便。方案三：采用中規(guī)模FPGA，使用VHDL語言設(shè)計移位寄存器。此方案可以實現(xiàn)精確定時產(chǎn)生信號，且信號頻率可調(diào)，體積小, 但其顯示電路占用資源多，這樣設(shè)計出來的電路系統(tǒng)將大且復(fù)雜。方案四：采用一片89C51單片產(chǎn)生波形序列。用單片機產(chǎn)生數(shù)字信號，設(shè)計簡單，設(shè)置靈活，并且易擴(kuò)展其他功能，并且我們學(xué)過單片機，對于這方面的知識，有一定基礎(chǔ)，用此方案來實現(xiàn)8路循環(huán)移位信號，既復(fù)習(xí)了以前學(xué)過的知識，又鍛煉了自己的能力。綜合分析上述各方案，比較其優(yōu)缺點，包括靈活性、可靠性、可擴(kuò)展性和易操作性，所以選用方案四。二、信號檢測模塊信號檢測模塊主要用來提高輸入阻抗，設(shè)置邏輯電平的門限電壓。方案一：采用比較器實現(xiàn)。手動調(diào)節(jié)門限電壓，利用可調(diào)電阻器調(diào)節(jié)每路輸入比較器的參考電壓，從而改變門限電壓。方案二：采用比較器實現(xiàn)。利用D/A實現(xiàn)門限電壓的調(diào)節(jié)，將D/A輸出的電壓作為比較器的參考電壓，從而改變門限電壓。對于方案一，這種方法比較直接，但是實際調(diào)節(jié)起來卻比較繁瑣，而且在沒有儀表指示的情況下很難做到準(zhǔn)確調(diào)節(jié)；方案二能比較容易控制門限電壓，且有四個D/A轉(zhuǎn)換器集成的芯片LM339可以應(yīng)用，接線也比較方便，所以選用方案二。 邏輯分析儀模塊要實現(xiàn)本題目的基本要求，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集存儲和控制示波器顯示的功能。其中數(shù)據(jù)采集功能要求可采集8路信號，存儲深度選擇為24位，數(shù)據(jù)量為248=24bytes,對于一般的單片機系統(tǒng)很容易實現(xiàn)。對于顯示功能，要求用示波器顯示清晰穩(wěn)定的8路數(shù)字波形，再包括額外的時間標(biāo)線和觸發(fā)點的顯示，則共需要、9個通道。對于示波器來說，為了顯示的波形清晰穩(wěn)定，一般要求掃描的刷新頻率ｆ＞25Hz。每顯示一路信號，需要沿X軸掃描24個位，設(shè)定每個位需要顯示10個點，則顯示一個通道需要2410個點。同時顯示9通道的數(shù)字波形，則共顯示249=216個位，21610個點。由此可知，掃描一個點所需的時間為：1秒/（25禎*24位*9通道*10點）=。對于采用12MHz晶振的單片機來說，僅能執(zhí)行大約15條指令。如果數(shù)據(jù)采集存儲和控制顯示功能由同一單片機來實現(xiàn)，處理起來十分困難。即使是24兆的