五功能智能逻辑笔的设计(全套资料)

五功能智能逻辑笔的设计

摘要：逻辑笔在数字电路检测中使用是最广泛的，它不仅新颖方便，而且操作起来方便简单。作为一种便携式电路检测工具，可以通过不同颜色的LED灯来直接显示出电平的状态。本课题是基于FPGA设计的一款五功能智能逻辑笔，精确检测5V和3.3V两个逻辑电平，并且还可以检测脉冲信号和高阻态。本课题采用状态机去设计，LM393双向比较器去构成了一个电平信号采样电路，系统主要由被测信号、逻辑电平测量电路、双向比较器LM393、FPGA的状态机、LED 显示组成。最终的结果是通过LED灯显示反馈给用户。

关键词：逻辑笔；FPGA；状态机

Design of Five-Function Intelligent Logic Pen

Wen Yalin

School of Electronic Information Engineering, Major in Electronic Information Science and Technology, 2016 Instructor: Zhang Jianni

Abstract:Logic pen is the most widely used for digital circuit detection . It is not only novel and convenient , but also convenient and simple to operate . As a portable circuit detection tool , the status of the level can be directly displayed by LED lights of different colors . This subject is a five-function intelligent logic pen designed based on FPGA , which can accurately detects two logic levels of 5V and 3.3V , and can also detect pulse signals and high-impedance states . This subject is designed with a state machine . The LM393 bidirectional comparator constitutes a level signal sampling circuit . The system consists of the signal under test , a logic level measurement circuit , a bidirectional comparator LM393 , a state machine for FPGA , and an LED display . The end result is the feedback to the user through the LED light display.

Keywords：Logic Pen; FPGA; State Machine

目录

摘要 (1)

Abstract (2)

1 绪论 (5)

1.1课题背景及研究意义 (5)

1.2课题的设计要求 (5)

1.3课题的研究内容 (6)

2 系统概述 (7)

2.1方案选择 (7)

2.1.1方案一 (7)

2.1.2方案二 (7)

2.2系统设计原理 (8)

2.3系统组成 (8)

3 系统硬件设计 (9)

3.1 LM393双向比较器 (9)

3.2电平信号采样电路 (9)

3.3 TTL逻辑电平检测电路 (10)

3.4 FPGA简介 (11)

3.4.1 FPGA是现场可编程逻辑阵列 (11)

3.4.2 面向FPGA的一般的EDA开发流程 (11)

3.5 状态机的简介 (12)

3.6 LED显示 (12)

3.7 硬件整体设计 (13)

4 系统软件设计 (14)

4.1主程序设计 (14)

4.2系统模块介绍 (15)

4.2.1 PLL20模块 (15)

4.2.2计数器模块CNT10 (15)

4.2.3 LGC_PEN模块 (17)

4.2.4逻辑笔原理图 (18)

4.2.5逻辑笔状态图 (19)

4.3 消除毛刺方法 (20)

4.3.1 延时方式去毛刺 (20)

4.3.2 逻辑方式去毛刺 (20)

4.3.3 定时方式去毛刺 (21)

4.4 程序仿真 (21)

4.4.1 仿真软件 (21)

4.4.2 仿真结果 (21)

结论 (23)

参考文献 (24)

附录A 系统电路和相关附图 (25)

附录B 全部程序清单 (27)

致谢 ................................................................................................错误!未定义书签。

1 绪论

1.1课题背景及研究意义

随着现代社会的发展，我们需要在很多领域操作简单，易于携带的探测装置，在任何时间以实现设备故障的初始检测，为以后的维护做准备。基于如此强烈的需求，我们对本课题进行一定的研究是非常必要的，从而掌握相关技术，为今后的研究奠定基础。本文采用FPGA—根据状态机设计的五功能智能逻辑笔。

在数字电路分析与测试中，逻辑笔有着十分广泛的应用，可以快速的检测数数字状态、时序或故障等，它是通过测量数字电路最长远发展并且简便的工具方法之一，在调试和维修电子设备中有很大的作用，它适用于单片机、电子计算机等数字控制设备方面。相对于示波器和万用表去检查故障，逻辑笔更加的简便、灵活、方便携带。随着电子行业的快速发展，对智能逻辑笔的要求也在逐渐提高，让它在原有的基础之上，添加了一些新元素的设计。虽然现在电路检测工具五花八门，但是很多都结构复杂。价格昂贵。本次设计的目的是实现对数字电路状态的检测及显示，基于FPGA设计结构简单、功能齐全并且低成本的五功能智能逻辑笔。

逻辑笔是一种新颖的，简单的测试工具，它可以替换示波器，万用表等的测试工具，各种电子设备的TTL，CMOS，DTL数字集成电路等由开关检测到的，可以用于调试和维护使用。目前，智能逻辑笔具有体积小、重量轻、使用方便灵活、检测迅速正确、方便携带等优点。

1.2课题的设计要求

本课题我们需要从FPGA的角度去设计一个基于FPGA的五功能智能逻辑笔，利用LM393双向比较器，要求能测高电平（高于3.3V~5V）、低电平（低于2.5V）、中电平（低于3.3V~2.5V）、高阻态和脉冲，这五种结果分别由5个LED 灯显示出来。

通过状态机去实现逻辑笔的要求，这个五功智能逻辑笔能够测量逻辑电平并指示和测量电平电压。使用顶层调用与元件例化的方式去处理五种状态关系，能够用状态机去表示状态切换，必须包括程序流程图，程序源码和注解。在最后还需要附上波形仿真文件。

课题要求如下：

1. 常电平与变化时序的判断；

2. 电平电压的测量；

3. 利用LM393双向比较器构成电平信号采样电路；

4. 通过状态机LED显示测量结果。