简易逻辑分析仪

简易逻辑分析仪

摘要

本系统基于逻辑分析仪原理，以AT89C系列单片机为核心，设计制作完成了简易逻辑分析仪。本系统主要由数字信号发生器模块、采集存储和示波器显示模块、人机交互模块三部分组成。基于题目要求，本系统对触发方式、信号采集存储、示波器显示波形和时间标志线、友好的人机界面等功能进行了重点设计。经测试，各项指标均满足基本部分和发挥部分的要求，并且有些指标超出题目要求。

关键字：逻辑分析仪；单片机；液晶

Abstract：

Keywords: Signal Oscilloscope;MCU;LCM

1、 总体方案设计

1. 方案比较和选择

方案一：纯FPGA/CPLD（可带IP核）或FPGA/CPLD与单片机结合方式。即由FPGA/CPLD产生数字序列信号，判断单、三级触发信号，设定门限电压，采集、存储、显示被测信号；由IP核实现人机交互及信号测量分析等功能；或由单片机完成IP核实现的功能。此方案优点是速度快、精度高。缺点是软硬件复杂、调试困难、程序不易控制、性价比极低；而且体现不出本方案的优势。

方案二：纯单片机方式。即由多片单片机分别完成数字序列发生器，判断触发信号、数据采集、存储、显示，人机交互、门限电压设定

等功能。优点是操作方便、软件结构清晰、控制灵活、调试容易、性价比较高。本系统对速度的要求不是很高，所以单片机完全能够胜任。

2. 系统设计方案

本系统以三片单片机AT89C51为核心，将设计任务分解为数字信号发生器模块、采集存储和示波器显示模块、人机交互模块三部分。其中核心和关键部分是采集存储和示波器显示模块，另外两个模块起辅助作用。总体系统框图如图1所示。

图1

2、 电路设计与分析

1.可预置的8路数字信号发生器

本模块用于产生8路可预置的重复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。输出数字信号如图2示例所示。

图2

本模块由单片机AT89C51、D触发器74LS573和反向器74HC04等组成。原理图如图3所示。八路数字信号Q7~Q0通过D触发器由clock信号控制输出，这样就能保证八路数字信号和clock信号同时输出。经测试，D触发器输出的高电平为3.5V，达不到标准TTL高电平的要求。所以又在每一路信号的后级加了两个反向器，这样就能保证输出的高、低电平为5V和0V。两个按键和LED用来设置预置逻辑序列信号和显示预置的序列信号。

图3

2.人机交互模块

本模块由单片机AT89C51、模拟串口键盘、汉字LCM和数摸转换器MAX506组成。主要功能是是完成门限电压、触发方式、触发字、触发位置、时间标志线及其对应的逻辑状态等参数的设置、显示和通讯。本模块的硬件设计比较简单，但软件设计比较复杂。

3.采集存储和示波器显示模块

本模块主要由单片机、运放、电压比较器、存储器、模数转换器等组成。其主要功能是完成信号的调理、采集、分析和示波器显示。本模块又可分为以下子模块：

3.1.信号调理电路

信号调理电路由双运放TL082和电压比较器MC3486组成，单路信号的输入原理图如图4所示。

输入级的运放TL082接成电压跟随器形式。由于运放两输入端具

有“虚断”的特性，所以输入阻抗特别高，可以达到MΩ级，完全满足输入阻抗大于50KΩ的要求。电压比较器用于适应不同逻辑电平，只要

改变Vref的值，就可以适应不同的逻辑电平。

图4

3.2.信号采集、分析电路

图5

3.3.示波器显示电路

图6

3、 软件设计

本系统硬件设计比较简单，相对的其软件处理就比较复杂。本系统的软件可分为以下几个部分：

1.可预置的8路数字信号发生器

该部分程序用于产生可预置的8路数字信号：主程序把输入的预置序列信号和同步时钟循环输出，中断0用于指示输入预置信号状态，中断1用于选择设置哪个位。流程图如下所示

图7主程序 图8中断0 图9中断1

2.人机交互模块

该部分程序用于键盘输入和汉字液晶显示。主程序负责扫描键盘，

并把输入信息在液晶上显示出来。串口中断程序负责与

图10人机交互模块软件流程图

3.采集存储和示波器显示模块

4、 系统测试分析

1. 调试方法和过程

调试时先分模块调试硬件和软件；基本调通后再把整个系统合在一起调试；当所以功能都基本实现后，再把各项性能指标提上去。

2. 测试仪器

PC机

数字多用表

Agilent逻辑分析仪54622D

绿杨双踪模拟示波器

伟福H51/S仿真器

3．8路数字信号发生器测试

测试仪器：Agilent逻辑分析仪54622D

输入序列1010101010010100010010011100101010010011输出序列1010101010010100010010011100101010010011

4．门限电压测试

5．触发条件测试

6．时间标志线及其对应时刻的状态测试

7．触发位置测试

5、 结束语

经测试，本系统完全能达到基本和发挥部分的各项性能指标。本系统的特色在于用带汉字库的液晶显示模块显示输入信息和反馈信息，给用户提供了一个非常友好的界面，使各项操作便地简单直观。

6、 参考文献

[1] 白驹绗，雷晓平 编，《单片计算机及其应用》，电子科技大学出版社，1997.12

[2] 刘国林，殷贯西 编，《电子测量》，机械工业出版社，2003.1