簡易邏輯分析儀

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摘 要

本系統(tǒng)由8位可預置的循環(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位邏輯信號序列和時鐘信號波形,并且邏輯信號序列可以預置。其中一路輸出電平可在０～５Ｖ內(nèi)調節(jié)。采用１６×２液晶顯示各設置參數(shù)，顯示直觀，設置方便。
在簡易邏輯分析儀的設計中，由于要在示波器上顯示8路波形，此操作占用大量運算時間，故而采用雙單片機協(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)顯示及各控制參數(shù)設置；另一片單片機控制Ｄ／Ａ轉換器輸出波形到示波器。兩單片機之間采用串行方式進行通信。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志線和觸發(fā)點位置。
在本設計中，采用插線連接信號發(fā)生器和簡易邏輯分析儀，連接方式靈活、方便。數(shù)據(jù)采集有單級、多級（３級）觸發(fā)方式。信號采集電路中采用門限電壓調節(jié)電路，可以采集0.1～4.5Ｖ門限的各種邏輯電平，存儲深度達到２４Ｂit，示波器可以實現(xiàn)對８路２４Ｂit信號同時顯示。時間標志線，觸發(fā)點等功能完善。達到了基本的設計要求，并對其它的功能進行了較好的完善和擴充。


第一部分：方案論證與比較
由于本題目實際由兩個相對獨立的部分組成，所以我們對兩個部分分別進行分析討論：
一、數(shù)字信號發(fā)生器
根據(jù)題目要求，我們考慮可以采用以下幾種方案可以采用：
1、方案一：采用555定時器和可預置移位寄存器。用74LS194A接成8位可預置循環(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，預置數(shù)用8個波段開關接入（即循環(huán)序列）。此方案簡單可靠，但信號頻率不易更改，硬件復雜，不易擴展。
2、方案二：采用EPROM固化波形輸出，EPROM存儲容量大，將各種波形的產(chǎn)生程序固化到EPROM中，一振蕩器接一8位的計數(shù)器送EPROM 8位數(shù)據(jù)輸出，8位計數(shù)器需要3位地址線再加上8位選擇開關切換不同波形顯示，這樣就有11位地址線可尋址2K空間。盡管此種方法可產(chǎn)生較好的波形，但使用時不夠靈活，只有固定的幾種波形。
3、方案三：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，且設計靈活，但是不適合電子設計競賽，并且PC體積大，攜帶不方便。
4、方案四：采用中規(guī)模FPGA，使用VHDL語言設計移位寄存器。此方案可以實現(xiàn)精確定時產(chǎn)生信號，且信號頻率可調，體積小, 但其顯示電路占用資源多，這樣設計出來的電路系統(tǒng)將大且復雜。
5、方案五：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，設計簡單，設置靈活，頻率調節(jié)方便，并且易擴展其他功能，有它獨到之處！
綜合分析上述各方案，比較其優(yōu)缺點，包括靈活性、可靠性、可擴展性和易操作性，所以選用方案五。
二、簡易邏輯分析儀
我們先對題目要求進行簡單分析：
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，采集深度20位（我們的方案選擇24位），數(shù)據(jù)量為24×8=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，設定每個位需要顯示10個點，則顯示一個通道需要24×10個點。
同時顯示9通道的數(shù)字波形，則共顯示24×9=216個位，216×10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）=18.5微秒/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24兆的單片，也只能執(zhí)行30條左右而已....