基于单片机的简易逻辑分析仪资料Word文档格式.docx
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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,在模拟示波器上复现出来。
从
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