简易逻辑分析仪设计实现

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1、简易逻辑分析仪摘要本系统的设计电路由8位数字信号发生器电路、数据采集电路、功能控制系统、显示电路四部分构成。8位数字信号发生器电路：由单片机、液晶、按键等元器件组成，可以产生8路循环移位逻辑信号序列，并能设定、调节并显示预置值。数据采集电路：由单片机控制，含有RAM及8位输入电路等，能够采集并存储输入的8位逻辑序列。功能控制系统：它也是由单片机控制，完成设定、显示、调整系统各功能项的任务。显示电路：主要由可编程逻辑器件CPLD和电平移位及扫描电路组成，用于将RAM中的8路逻辑序列取出，将其高速送入示波器稳定显示。一、方案论证

2、简易逻辑分析仪系统包括四个部分：（1）8位数字信号发生器（2）数据采集电路（3）功能控制电路（4）显示电路。整个系统框图如图（1）所示：第21页第一部分是8位数字信号发生器。本题要求能产生8路可预置的循环移位逻辑信号序列，输出信号为TTL电平，序列时钟频率为100Hz，并能够重复输出。这里有两种方案供选择：1、采用中、小规模器件实现；2、用单片机AT89C52来完成。如果使用中、小规模器件，虽然不需要使用软件编程，但使用的芯片很多，不仅电路复杂，而且由于电路内部接口信号烦琐，中间关联多，抗干扰能力差。而单片机作为一个智能化的

3、可编程器件，可以通过软件完成相关功能。因此，我们采用方案2来完成8位数字信号发生器电路。第二部分为功能控制系统。此系统实现控制简易逻辑分析仪的某些特殊功能。有两种方案：1、用中小规模元件组成控制系统。2用单片机AT89C52完成。如前所述，与中、小规模元件组成的控制系统相比，单片机有着先天的优势，不仅系统更加稳定，而且易于操作。因此方案2更合理。第21页第三部分数据采集电路的实现也有两种方案。方案1：用单片AT89C52机完成数据采集及存储。方案2：用可编程逻辑器件CPLD来实现。由于题目要求采集的是100Hz的低频时钟序列

4、，用普通单片机可以轻松实现，不需要使用复杂的CPLD系统。所以，我们使用方案1实现数据采集电路。第四部分显示系统也可以有两种方案：1、使用CPLD完成控制；2、用单片机AT89C52实现控制。本题要求在示波器上清晰稳定地显示信号序列，显示系统必须高速地从RAM中提取数据并传送到示波器的输入端口。普通的单片机数据传送速率很难满足这个要求，AT89C52也是一样。而可编程逻辑器件CPLD工作速度快，为ns量级，可以完成题中高速采样及显示工作。因此，这里选用方案1。经过论证，我们可以确立各部分电路的主控器件：单片机AT89C52（

5、8位数字发生器）单片机AT89C52（功能控制系统）单片机AT89C52（数据采集电路）可编程逻辑器件CPLD（显示电路）二、系统原理框图前面的方案论证为各个部分电路确立了主控器件。以此为基础，我们根据题目的基本要求和发挥部分的需要，进一步完善各部分电路的具体实现，作出了此分析仪的系统原理框图，如图（2）所示：第21页三、系统电路根据前面的讨论，本系统需要设计的电路共四块，现在我们就每一块具体电路进行具体分析。（一）8位数字信号发生器。具体电路如下图所示。依据题目要求，要产生100Hz循环移位逻辑信号序列，需要给AT89C5

6、2定时器设定10ms中断，利用中断程序来实现这个目的。电路中使用了两个按键分别控制序列的高8位和低8位。中文液晶显示器用来显示预置值的设定情况。第21页第21页（一）功能控制系统。本系统使用AT89C52设定触发字，送给采集系统，同时产生16选1的数字控制信号，送给模拟开关4067，以便从0.25V～4.0V之间的16个等级选出一级送到高速比较器，作为不同逻辑电平转换的参考电压。（二）数据采集电路。本模块以AT89C52为控制器，外接RAM，采用分时复用的方式，进行数据的采集。（三）显示系统。为了将CPLD还原的八路TTL逻

7、辑电平清晰稳定地显示在逻辑示波器上，首先需要将八路信号分别移位到不同的电平等级上。为此，我们采用了8个T型电阻组成的网络来进行电平移位。T型电阻的结构如下：设Vin=0V时，V0=V1；Vin=5V时，V0=V2。根据KCL原理，利用下列二元一次方程组求出R1、R2：V1/R0=(5－V1)/R1－V1/R2V2/R2=(5－V2)/R0＋(5－V2)/R1其中，V1为脉冲序列的低电平，电压从1V开始，每路信号增加0.1V。第21页V2为脉冲序列的高电平，电压为V1＋0.2V设R0=51KΩ解此方程组可得R1、R2列如下表

8、：1路2路3路4路5路6路7路8路R1/KΩ10.007.6926.2505.2634.5454.0003.5713.226R2/KΩ2.6322.8573.1253.4483.8464.3485.0005.882V1/V1.01.31.61.92.22.52.83.1V2/V1.21.5