简易逻辑分析仪2.doc

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1、D7简易逻辑分析仪摘要本系统由8位可预置的循环移位数字信号发生器、简易逻辑分析仪两部分组成。循环移位数字信号发生器由51单片机控制,可以产生8位逻辑信号序列和时钟信号波形,并且逻辑信号序列可以预置。其中一路输出电平可在０～５Ｖ内调节。采用１６×２液晶显示各设置参数，显示直观，设置方便。在简易逻辑分析仪的设计中，由于要在示波器上显示8路波形，此操作占用大量运算时间，故而采用双单片机协同工作的方式：其中一片单片机作输入控制、数据存储、数据显示及各控制参数设置；另一片单片机控制Ｄ／Ａ转换器输出波形到示波器。两单片机之间采用串行方

2、式进行通信。我们采用XY扫描方式的显示方法。X轴的锯齿波信号由Ｄ／Ａ转换器产生，由于要同时显示8路信号，所以Y轴的信号由被测信号、时标信号和参考电平相加得到，在软件配合下，可以比较方便实现８路信号的稳定显示，同时也可显示时间标志线和触发点位置。在本设计中，采用插线连接信号发生器和简易逻辑分析仪，连接方式灵活、方便。数据采集有单级、多级（３级）触发方式。信号采集电路中采用门限电压调节电路，可以采集0.1～4.5Ｖ门限的各种逻辑电平，存储深度达到２４Ｂit，示波器可以实现对８路２４Ｂit信号同时显示。时间标志线，触发点等功能完

3、善。达到了基本的设计要求，并对其它的功能进行了较好的完善和扩充。27第一部分：方案论证与比较由于本题目实际由两个相对独立的部分组成，所以我们对两个部分分别进行分析讨论：一、数字信号发生器根据题目要求，我们考虑可以采用以下几种方案可以采用：1、方案一：采用555定时器和可预置移位寄存器。用74LS194A接成8位可预置循环移位寄存器，方波发生器提供一时钟信号给移位寄存器，预置数用8个波段开关接入（即循环序列）。此方案简单可靠，但信号频率不易更改，硬件复杂，不易扩展。2、方案二：采用EPROM固化波形输出，EPROM存储容量大

4、，将各种波形的产生程序固化到EPROM中，一振荡器接一8位的计数器送EPROM8位数据输出，8位计数器需要3位地址线再加上8位选择开关切换不同波形显示，这样就有11位地址线可寻址2K空间。尽管此种方法可产生较好的波形，但使用时不够灵活，只有固定的几种波形。3、方案三：用PC通过软件编程可以从并行口输出信号波形，不需要硬件电路，且设计灵活，但是不适合电子设计竞赛，并且PC体积大，携带不方便。4、方案四：采用中规模FPGA，使用VHDL语言设计移位寄存器。此方案可以实现精确定时产生信号，且信号频率可调，体积小,但其显示电路占用

5、资源多，这样设计出来的电路系统将大且复杂。5、方案五：采用一片89C51单片产生波形序列。用单片机产生数字信号，设计简单，设置灵活，频率调节方便，并且易扩展其他功能，有它独到之处！综合分析上述各方案，比较其优缺点，包括灵活性、可靠性、可扩展性和易操作性，所以选用方案五。二、简易逻辑分析仪我们先对题目要求进行简单分析：要实现本题目的基本要求，主要实现数据采集存储和控制示波器显示的功能。其中数据采集功能要求可采集8路信号，采集深度20位（我们的方案选择24位），数据量为24×8=24bytes,对于一般的单片机系统很容易实现。

6、对于显示功能，要求用示波器显示清晰稳定的8路数字波形，再包括额外的时间标线和触发点的显示，则共需要９个通道。对于示波器来说，为了显示的波形清晰稳定，一般要求扫描的刷新频率ｆ＞25Hz。每显示一路信号，需要沿X轴扫描24个位，设定每个位需要显示10个点，则显示一个通道需要24×10个点。同时显示9通道的数字波形，则共显示24×9=216个位，216×10个点。由此可知，扫描一个点所需的时间为：1秒/（25祯*24位*9通道*10点）=18.5微秒/点。对于采用12MHz晶振的单片机来说，仅能执行大约15条指令。如果数据采集存

7、储和控制显示功能由同一单片机来实现，处理起来十分困难。即使是24兆的单片，也只能执行30条左右而已。因而若用单MCU来实现，则须用更高性能的单片来实现。因此只用一片普通51单片来实现是不现实的。针对以上分析，提出以下方案271、方案一：采用高性能单CPU系统实现，比如32位的ARM芯片作为控制系统核心。如果采用此方案，可以很好的解决同时采样和控制显示的功能，但是ARM系统设计调试复杂，在短时间内难以很好的完成设计，所以不宜采用此方案。2、方案二：针对分析中提出的问题，我们也可以采用两片普通51单片机来实现系统设计，一片51

8、实现数据采集，存储；另一片51实现控制示波器实时显示功能，两片51之间采用串行通信来解决数据通信问题，这样的方案可以满足题目提出的设计要求。综合分析上述各方案，比较其优缺点，包括灵活性、可靠性、可扩展性和易操作性，所以选用方案二。第二部分：信号发生器实现方案一、硬件组成：硬件结构框图如下：信号发生器由3