基于单片机的简易逻辑分析仪Word格式文档下载.docx

基于单片机的简易逻辑分析仪Word格式文档下载.docx

《基于单片机的简易逻辑分析仪Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于单片机的简易逻辑分析仪Word格式文档下载.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

2.3.4硬件的抗干扰措施…………………………………………………12

第3节系统软件设计…………………………………………………………………13

3.1系统软件流程…………………………………………………………………13

3.2中断服务子程序………………………………………………………………15

3.3AT24C04程序设计……………………………………………………………15

第4节结束语…………………………………………………………………………19

参考文献…………………………………………………………………………20

第1节引言

信息时代是数字化的时代，数字技术的高速发展，出现了以高性能计算机为核心的数字通信、数字测量的数字系统。

在研究这些数字系统产品的应用性能的同时也必须研究在设计、生产和维修他们的过程中，如何验证数字电路设计的合理性、如何协调硬件及其驱动应用软件的工作、如何测量其技术指标以及如何评价其性能。

逻辑分析仪的出现，为解决这些问题提供了可能。

随着数字系统复杂程序的增加，尤其是微处理器的高速发展，用示波器测试己显得有些无能为力。

1973年在美国应运而生的逻辑分析仪（LogicAnalyzer），能满足数字域测试的各种要求。

它属于总线分析仪一类的数据域测试仪器*主要用于查找总线（或多线）相关故障．同时对于数据有很强的选择能力和跟踪能力，因此，逻辑分析汉在数字系统的测试中获得了广泛的应用。

逻辑分析仪（LogicAnalyzer）是以逻辑信号为分析对象的测量仪器。

是一种数据域仪器，其作用相当于时域测量中的示波器。

正如在模拟电路错误分析中需要示波器一样，在数字电路故障分析中也需要一种仪器，它适应了数字化技术的要求，是数字、逻辑电路、仪器、设备的设计、分析及故障诊断工作中不可按少的工具。

在测试数字电路、研制和维修电子计算机、微处理器以及各种集成化数字仪表和装置中具有广泛的用途；

还是数字系统设计、侦错、软件开发和仿真的必备仪器；

作为硬件设计中必不可少的检测工具，还可将其引入实验教学中，建立直观感性的印象，提升学生的硬件设计能力，可以全面提高教学质量；

随着科技的发展，LA在多通道、大存储量、高采样速率、多触发功能方面得到更快的发展，在航天、军事、通信等数字系统领域得到越来越广泛的应用。

我们从上面可以看出逻辑分析仪在各个领域的广泛应用。

那么我们在学习、应用的同时设计并制作一个简易的逻辑分析仪就显的意义重大了，这样这个过程既可以让我们更加深入理解其原理，又可以提高动手设计并制作整个系统电路的能力，还可以将其作为简易仪器应用于以后的实验中。

1.1系统概述

因在本节中，我们将对简易逻辑分析仪的应用进行分析。

给出它的特点，能实现的功能以及系统的简单操作

1.1.1系统的特点

逻辑分析仪也称逻辑示波器，它是用来分析数字系统逻辑关系的一种仪器。

逻辑分析仪的主要作用有二个：

一是用于观察的形式显示出数字系统的运行情况，相当于扩展了人们的视野，起一个逻辑显示器的作用；

二是对系统运行进行分析和故障诊断。

一般的逻辑分析仪是由数据获取和数据显示两大部分组成的。

前者捕获并存储所要观察分析的数据，后者用多种形式显示这些数据。

在这里，关键是触发．它的作用是在被分析的数据流中按索特定的数据字。

一旦发现这个数据字，便产生触发信号去控制和存储有效数据。

因此，它决定了观察的数据窗口在数据流中的位置。

本设计具有以下特点：

1、具有足够多的输入通道，一般的示波器只有2路通道，本设计了8路输入通道。

2、多种触发方式：

设置了单字触发和三级触发两种触发模式

3、具有记忆能力：

采用EEPROM实现数据的掉电存储

本设计的主要特色：

★数字信号发生器使用AT89C2051单片机来控制，达到了高精度的信号输出。

★数字信号的逻辑状态显示也用AT89C2051单片机辅助主CPU系统实现。

★使用D/A电阻网络，结合单片机对信号幅度进行灵活地控制。

★采用发光二极管来指示电路测试点，一目了然，便于调试。

★在系统的软硬件设计中均加入了运行良好的抗干扰措施。

★强大的软件设计功能，大大简化了硬件电路。

1.1.2系统的功能

逻辑分析仪的逻辑分析仪（简称LA）是新型的数据域分析仪器，它有许多

独特的功能。

把这些功能分成取数、触发、存储、显示等几个方面，

本系统实现的功能是：

（1）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。

（2）单次触发采集存储显示，单次触发方式是指在满足触发条件后，能对被测信号进行一次采集、存储。

之后输出通过DAC转化为模拟电压后输出，在示波器上显示出8路信号，并能显示触发位置。

（3）任意两通道三级触发存储显示，由键盘输入8路中任意2通道的通道号及3级触发字，当指定通道的触发字连续依次满足时，能对被测信号进行一次采集，存储，送DAC后输出显示。

同时在屏幕上标记出3级触发字的位置。

（4）显示触发字的位置，可以在模拟示波器显示屏上对触发字进行标记。

（5）显示可以移动的光标，可以通过键盘的加、减控制光标在水平方向的坐标。

（6）翻页显示，可以用键盘控制翻页显示，每隔32bit为一页的内容，扩展了存储深度。

第2节系统主要硬件电路设计

2.1系统结构框图

图2-1系统结构框图

本系统采用单片机和可编程器件作为数据处理及控制核心，整个系统由一个信号发生器和一个简易逻辑分析仪构成。

将设计任务分解为数字信号发生、信号采集存储、信号融合处理、显示、掉电保护等功能模块。

图1即为该系统的总体框图。

考虑到硬件电路的紧凑性，故将上述模块合理分配连接成以下三个模块：

数字信号发生器、最小系统主控器、键盘/显示。

由于数字信号发生器是用于测试的需要而设计的一个模块，那么下面对各模块的设计进行逐一论证比较。

2.2主体控制模块

系统主控模块包括最小系统和数字信号处理控制模块。

该模块是硬件电路的核心，有如下两个方案。

方案一：

以8031单片机为核心。

但8031无片内ROM，需外扩EPROM（例如27526）作为程序存储器。

这样会增加电路的复杂性。

方案二：

采用AT89C51单片机为主控制核心的双CPU串行通信方式。

AT89C51芯片，其内部含有可重复编程的FLASHROM,，可进行1000次檫除操作，在设计调试过程中可十分容易进行程序的修改，达到最佳的设计。

利用存储器（EEPROM）实现掉电存储功能。

从CPU系统即以89C2051为主的显示模块的控制。

数字信号处理模块主要是D/A转换器件的选择，我们选用性能优良的DAC0832作为主控器件。

该方案的特点是硬件简单，软件实现方便，大大提高了系统的设计性能。

门限电压：

要实现门限电压0.25-4V之间16级可调这一问题上有两种方案。

方案一、电阻分压，利用电阻网络把电压分级作为触发门参考电压，用模拟开关4067在把每个通道的信号和这个参考电压用电压比较器来比较，判断输入信号高低，输入单片机处理。

方案二、用D/A电阻网络进行电压等级的划分作为参考电压，在用比较器来比较高低。

与方案一比具有精确可调的优点。

本方案采用8279可编程接口芯片来实现系统的键盘/显示器扩展功能,降低了电路的复杂度,提高了系统的稳定性及可靠性。

8279能自动完成键盘输入和显示控制两种功能。

键盘控制部分提供一种扫描工作方式,可与64个按键的矩阵键盘或传感器连接,能对键盘进行自动扫描、自动消抖、自动识别出按下的键并给出编码,能同时按下双键或N键实行保护,其接收键盘上的输入信息存入内部FIFO缓冲器,并可在有键输入时向CPU请求中断。

8279提供了按扫描方式工作的显示接口,其内部有一个显示缓冲器,能对8位或16位LED自动进行扫描,将显示缓冲器的内容在LED上显示出来。

图2-38279键盘/显示模块

由单片AT89C2051控制8个共阳数码管、8个按键构成动态显示模块。

由于具有RS--232接口，易于与某些基于虚拟仪表技术的仪器主板相连，使其脱机工作，成为便携仪表，方便了使用；

与专用键显接口芯片8279相比，价廉；

采用串行方式与主控单片机交换信息，硬件及工艺设计简单，抗干扰能力强；

可承担键显及其他信息处理功能，实现了键显智能化，从而使主机软件设计所考虑的因素减少，程序结构得以简化

图2-4键盘/显示模块

方案三：

LCD液晶显示。

例如采用COM12864液晶显示模块可以显示各种字符及图形，可与CPU系统直接接口，具有8位标准数据总线、6条控制线及电源线，接口电路简单，控制方便。

以上三种都是比较可行的数据显示方案。

尤其是方案三在显示功能的实现上优于方案一、方案二，但是在本题中，考虑到本设计对显示功能的要求不多，用方案二就完全可以很好的实现，所以为了降低设计成本，我们不采用LCD液晶显示而采用方案二的设计。

2.3．系统硬件的总体实现

经过仔细地论证与比较，我们确定了系统的各个主要模块的最终的可行方案，系统总体原理框图如图2-5所示。

图2-5系统总体原理框图

2.3.1数字信号发生器模块的电路设计与实现

用AT89C51单片机产生可预置的二进制序列。

只要在最小系统中添加一个开关组选择高低电平，单片机通过扫描开关组连接的P口的状态，并通过软件来控制单片机8个P口的波形输出，输入到74LS04的反向器输入端，通过TTL电平转换，输出8路数字信号。

该电路结构简单可行，通过示波器可以看到它能够产生清晰稳定的矩形波。

该设计的优点是信号稳定性好，频率精度高，有利于用单片机对数字信号进行智能化控制。

以AT89C51为核心的数字信号发生电路如图2所示。

其工作原理是:

AT89C51单片机输出可预置的二进制序列到74LS04的反向输入端，经过TTL电平转换，产生所需的高稳定、高精度的数字信号。

注意：

在该模块中，要实现电平转换功能必须用采用74LS系列的反向器，不可用CMOS系列的反向器（例如CD4069），因为在引脚的驱动能力上，74系列相对与CMOS系列更强，在本设计中，也就是说能够输出更稳定的信号。

P1口P28路数字信号输出

图2-68路数字信号发生器

2.3.2主控系统模块的电路设计与实现

图2-7最小系统模块

图2-8信号采集处理模块

该模块主要由最小系统和信号采集处理电路组成。

最小系统由一片AT89C51、一片AT89C2051及一片EEPROM（AT24C04）构成。

信号采集处理电路由运放LM324组成的D/A电阻网络组成。

该模块的设计思路是：

由双CPU系统控制对数字信号发生器输出的数字信号进行采样存储，再经过一系列的信号处理，在模拟示波器上