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2008年10月第10期电子测试EL ECTRONIC TEST Oct.2008No.10简易逻辑分析仪设计贾 奕,黄劲松,沈鹏程,田开坤(1湖北师范学院物理与电子科学学院 黄石 4350022湖北师范学院电工电子实验教学示范中心 黄石 435002) 摘 要:本系统是以STC89C52单片机和复杂可编程逻辑器件CPLD 的组合电路为核心,利用锁存器在时钟上升沿将输入端的数据锁存的原理,构建了一个基于实时采样和直接数据存储器存储(DMA )的简易逻辑分析仪。
系统由五部分组成:按键模块、CPLD 模块、DDS 采样时钟发生模块、L CD 显示模块、DMA 数据采集模块。
相比于市场上的逻辑分析仪,本系统结构简单,易制作,成本低,可同时测量8路T TL 信号。
本系统可以用来分析数字逻辑电路中的时序逻辑关系,本文还用该逻辑分析仪研究了51单片机对外部地址读写操作的时序,得到与单片机数据手册一致的波形时序图。
关键词:逻辑分析仪;DMA ;CPLD ;DDS 中图分类号:TP399 文献标识码:BDesign of simple logic analyzerJia Y i ,Huang Jinsong ,Shen Pengcheng ,Tian Kaikun(1College of Physics and Electronic Science ,Hubei Normal University ,Huangshi 435002,China ;2Electricaland Electronic experimental teaching centres of excellence ,Hubei Normal University ,Huangshi 4350020,China )Abstract :A simple logic analyzer based on a real 2time sampling and DMA has been designed by using STC89C52SCM and CPLD circuit as t he p rimary component s.It operates by a latch which can latch t he data coming from t he inp ut port o n t he outp ut port by means of latching t he rising edge of a clock p ulse.The system includes five basic component s :a button control mod 2ule ,t he CPLD module ,a DDS sampling clock p ulse generation module ,an L CD module ,and t he DMA pared to t he existing logic analyzer ,t he system can measure synchro 2nously 8T TL signals ,and t he circuit is simple and can be constructed easily wit h low cost s.The system can be used as a tool t hat measures t he logic relations of t he digital circuit.An ex 2ample has been given t hat shows how t he time is measured when a 51SCM reads or writes so me data to t he o ut side address ,SCM manual data are consistent wit h t he wave timing map.K eyw ords :logic analyzer ;DMA ;CPLD ;DDS测试工具与解决方案2008.100 引 言在数字电路的研究中,往往要对电路的时序进行分析,在这种情况下,很多学生或工程师通常会选择示波器,而忽略了逻辑分析仪。
简易逻辑分析仪一、方案论证及选择1、系统总体框图如下：整个系统由信号发生器部分、信号调理部分、ARM软件控制部分以及输出显示部分组成。
2、数字信号发生器模块方案一：采用555定时器和可预置移位寄存器。
用两片74LS194A接成8位可预置循环移位寄存器，方波发生器提供一时钟信号给移位寄存器，预置数用8个按键接入（即循环序列），此方案简单可靠。
方案二：用PC 通过软件编程可以从并行口输出信号波形，不需要硬件电路，且设计灵活，但是不适合电子设计竞赛，并且PC体积大，携带不方便。
方案三：采用中规模FPGA，使用VHDL语言设计移位寄存器。
此方案可以实现精确定时产生信号，且信号频率可调，体积小, 但其显示电路占用资源多，这样设计出来的电路系统将大且复杂。
方案四：采用一片AT89C2051单片产生波形序列。
用单片机产生数字信号，设计简单，设置灵活，频率调节方便。
综合分析上述各方案，比较其优缺点，本系统有其固定的频率要求，故选用最简单的方案一。
3、门限电压分级部分方案一、采用单片机软件控制分级输出不同的电压值，给到比较器的反相端。
该方案简单、且输出电压精确。
方案二、用单片机产生一路PWM波，再经过两级RC低通滤波可得到直流电压，通过控制PWM波的占空比来改变电压值，达到分级效果。
该方案RC滤波得到的电压不稳定，且有纹波。
方案三、直流电源供5V电压，采用电阻、电位器进行一级一级的分压，以实现分级效果。
该方案电路复杂，且电位器调节比较难。
方案四、采用数字式电位器，由单片机结合相应的外围电路进行控制，以实现分压。
采用程控方式，得到的电压精确且稳定。
鉴于本系统软件程序较多，ARM内部仅两个DA，故选择方案四以避免使用单片机内部DA。
二、硬件部分单元电路1、数字信号发生器电路该部分采用了555定时器产生一定频率的时钟信号，通过改变滑动变阻器阻值可实现频率在一定范围内可变，定时器后接一个非门以增强后级驱动能力。
定时器产生的方波信号作为双向移位寄存器74LS194的输入时钟，利用74LS194的两个控制端（S0，S1）来产生八路可预置的循环移位逻辑信号序列。
简易逻辑分析仪设计报告1.引言1.1 概述概述:简易逻辑分析仪是一种用于检测数字电路中逻辑信号的仪器，能够实时监测和分析数字电路中的信号波形和逻辑状态。
本设计报告将介绍一种基于FPGA的简易逻辑分析仪的设计方案，包括其设计原理、硬件设计和软件设计。
通过该设计，可以实现对数字电路中逻辑信号的实时观测和分析，为数字电路的调试和优化提供有力支持。
本报告将详细介绍该简易逻辑分析仪的设计过程和实现原理，以及展望未来在数字电路测试领域的应用前景。
1.2文章结构文章结构部分的内容应该是对整篇文章的结构进行简要概括，包括各个章节的主要内容和重点讨论的部分。
可以按照下面的内容编写：文章结构部分:本文主要包括三个部分，即引言、正文和结论。
在引言部分，将对简易逻辑分析仪的概述、文章结构和研究目的进行介绍。
正文部分包括设计原理、硬件设计和软件设计三个方面的内容，其中设计原理将解析简易逻辑分析仪的工作原理，硬件设计将详细介绍分析仪的硬件组成和设计要点，软件设计则会讨论分析仪的相关软件开发情况。
在结论部分，将对整个设计报告的结果进行总结、设计的优点进行分析，并对未来的发展进行展望。
整篇文章的结构清晰，内容充实，将全面展示简易逻辑分析仪的设计过程和成果。
1.3 目的本报告的目的是设计一种简易逻辑分析仪，用于对数字逻辑电路进行分析和测试。
通过该逻辑分析仪，可以实现对逻辑电路中信号的捕获、显示和分析，从而帮助工程师和技术人员更好地理解和调试数字电路。
同时，设计该逻辑分析仪旨在提高测试效率、降低成本，并且具有一定的实用性和推广性。
基于以上目的，本报告将从设计原理、硬件设计和软件设计三个方面展开介绍和分析。
2.正文2.1 设计原理设计原理部分的内容应该包括对逻辑分析仪的工作原理进行详细介绍。
这包括逻辑分析仪的基本功能和原理，例如数据采集、信号分析和显示等。
此外，还应该介绍如何通过逻辑分析仪实现对数字信号的采集、存储和分析，以及逻辑分析仪的工作流程和主要原理。
简易逻辑分析仪的设计毕业设计 [论⽂] 题⽬：简易逻辑分析仪的设计系别：电⽓与电⼦⼯程系专业：电⽓⼯程及其⾃动化姓名：学号：指导教师：平顶⼭⼯学院2008 年05 ⽉28 ⽇⽬录⽬录 (1)摘要 (2)Abstract (3)简易逻辑分析仪..................................... 错误！未定义书签。
第⼀章绪论.. (4) 1.1 选题的⽬的和意义 (4)1.2 逻辑分析仪的基本组成原理 (4)1．3 逻辑分析仪的主要技术指标及发展趋势 (6)第⼆章⽅案论证与⽐较 (7)2.1 数字信号发⽣器模块 (7)2.2 逻辑分析仪模块 (8)第三章信号发⽣器实现⽅案 (11)3.1 硬件组成 (11)3.2 软件组成 (14)第四章简易逻辑分析仪⽅案实现 (15)4.1 结构组成 (15)4.2 数据采集和存储部分 (16)4.3 逻辑状态与波形显⽰部分 (17)4.4 简易逻辑分析仪的软件流程 (23)4.5 实时波形存储与上下翻页 (24)第五章：操作说明 (26)5.1 数字信号发⽣器操作⽅法 (26)5.2 逻辑分析仪操作⽅法 (26)第六章附录 (28)第七章总结 (42)致谢 (43)摘要本系统由8位可预置的循环移位数字信号发⽣器、简易逻辑分析仪两部分组成。
循环移位数字信号发⽣器由51单⽚机控制，可以产⽣8位可预置逻辑信号序列和时钟信号波形。
其中⼀路输出电平可在0～5V 内调节。
采⽤16×2液晶显⽰各设置参数，显⽰直观，设置⽅便。
简易逻辑分析仪采⽤双单⽚机协同⼯作的⽅式：其中⼀⽚单⽚机作输⼊控制、数据存储、数据显⽰及各控制参设置；另⼀⽚单⽚机控制D/A转换器输出波形到⽰波器。
两单⽚机之间采⽤串⾏⽅式进⾏通信。
我们采⽤XY扫描⽅式的显⽰⽅法。
X轴的锯齿波信号由D/A转换器产⽣，由于要同时显⽰8路信号，所以Y轴的信号由被测信号、时标信号和参考电平相加得到，在软件配合下，可以⽐较⽅便实现8路信号的稳定显⽰，同时也可显⽰时间标志线和触发点位置。
简易逻辑分析仪本设计采用单片机（89C51）和可编程逻辑器件作为系统的控制核心。
设计采用了模块化的设计思想，包括数字信号发生器、采样保持电路、逻辑信号门限电压比较、信号采集与存储、示波器X-Y通道控制、触发点与时间标志线控制、D/A转换、液晶显示、控制面板等功能模块。
数字信号发生器由单片机读取8个外部开关状态，经循环移位输出。
单片机检测8通道输入，在满足触发条件时，进行一次采样和存储，输入经采样保持器LF398，既可以满足对8路信号的A/D转换为同一时刻的数据，又可以提高输入阻抗。
CPLD一方面控制存储器里的数据输出，经DAC0800转换为模拟电压后作为示波器的Y通道输入；另一方面由CPLD产生8位的循环递增数字信号，经DAC0800转换为模拟电压后，其电压波形为锯齿波，将它作为示波器的X通道输入。
存储器采用双口RAM（IDT7132），这样可较简单的实现单片机与CPLD之间的通信。
整个系统较好的实现了题目的要求，达到了较高的性能指标。
一、设计思路与论证1、数字信号发生器模块方案一：采用74LS199产生8路数字信号。
74LS199是具有串行/并行输入及并行/串行输出的8位移位寄存器。
但此方案控制复杂，且需频率为100Hz的时钟，不易采用。
方案二：采用单片机编程实现序列信号发生器。
通过8路拨段开关来设定要产生的序列信号，单片机读取这8路信号，经过处理，产生循环移位序列，且单片机定时精确。
此方案简单可行。
故我们采用了方案二。
2、 8位输入、触发电路方案一：采用8片模数转换器同时对8路信号进行采集，然后将采集到的数据用单片机与转换成数字量的逻辑门限电压进行比较以决定其逻辑。
但需要的AD芯片较多，不宜采用。
方案二：将8路输入信号先用采样保持器LF398进行保持，以保证A/D转换的8路数据为同一时刻的数据，然后使用8通道A/D转换器ADC0809顺序采集保持在LF398中的数据，并用单片机判断其逻辑。
逻辑门限电压由键盘输入给单片机，实现题目要求的16级门限变化。
辽宁工业大学电子综合设计与制作课程设计（论文）题目：简易逻辑分析仪院（系）：电子与信息工程学院专业班级：电子081学号： 080404009学生姓名：东宇指导教师：（签字）起止时间：2011.12.26—2012.01.06课程设计（论文）任务及评语院（系）：电子与信息工程学院 教研室：电子信息工程 注：成绩：平时20% 论文质量60% 答辩20% 以百分制计算 学 号 080404009学生姓名 东宇 专业班级 电子081 课程设计题目简易逻辑分析仪课程设计（论文）任务 任务和要求：设计并制作一个8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪。
（1）制作数字信号发生器能产生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）制作简易逻辑分析仪 a ．具有采集8路逻辑信号的功能，并可设置单级触发字。
信号采集的触发条件为各路被测信号电平与触发字所设定的逻辑状态相同。
在满足触发条件时，能对被测信号进行一次采集、存储。
b ．能利用模拟示波器清晰稳定地显示所采集到的8路信号波形，并显示触发点位置。
c ．8位输入电路的输入阻抗大于50k Ω，其逻辑信号门限电压可在0.25~4V 范围内按16级变化，以适应各种输入信号的逻辑电平。
d ．每通道的存储深度为20bit 。
进度计划1、布置任务，查阅资料，理解掌握系统的控制要求。
（1天）2、设计简易逻辑分析仪的系统接线图。
（2天）3、建立简易逻辑分析仪的框图。
（2天）4、绘制框图。
（2天）5、对系统进行仿真，确定PID 控制参数，分析系统性能。
（2天）6、撰写、打印设计说明书（1天） 指导教师评语及成绩平时： 论文质量： 答辩：总成绩： 指导教师签字：学生签字年 月 日摘要本系统的设计电路由8位数字信号发生器电路、数据采集电路、功能控制系统、显示电路四部分构成。
8位数字信号发生器电路：由单片机、液晶、按键等元器件组成，可以产生8路循环移位逻辑信号序列，并能设定、调节并显示预置值。
一、易逻辑分析仪系统设计方案本系统由3个AT89S52单片机小系统组成，系统方框图如图 5.7.2所示。
一片AT89S52单片机小系统A产生8路可预置的循环移位逻辑信号序列；一片A T89S52单片机小系统B实现人机交互；另一片A T89S52单片机小系统C用于触发并显示信号。
采用双口RAM，具有分页显示、可移动时间标志线、可设定触发位、连续间断触发触发方式多样等功能。
图5.7.1 8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪结构框图图5.7.2 简易逻辑分析仪系统方框图AT89S52单片机小系统A——根据预置的循环移位元逻辑信号序列（通过8路开关设置），循环移位元逻辑输出这个序列，时钟频率为100Hz，同时把这个时钟信号输出给系统C作为信号采样时钟。
AT89S52单片机小系统B——控制一块64*128的点阵液晶，接收键盘输入。
菜单功能详细且操作方便，可设置该逻辑分析仪的工作方式。
工作方式按一定的格式写入双口RAM，将被系统C读取。
同时把用户设置的门限电平值进行D/A转换，与循环移位元逻辑输入信号相比较。
工作方式设置完毕后，可从双口RAM读时间标志线所对应时刻的8路输入信号的逻辑状态，并在液晶屏上显示。
AT89S52单片机小系统C——根据单片机A送来的100Hz信号采样时钟对比较器输出的信号序列进行采样，读取双口RAM的工作方式设置，判断触发点，向双口RAM 写时钟RAM写时钟标志线对应时刻的输入信号逻辑状态。
一、电路数字信号发生器电路设计通过8路开关设置循环移位元逻辑信号序列，输入AT89S52单片机小系统A的PI口，由89S52内部定时器在P3.7产生100HZ的时钟信号,在P3.2输出预置波形,通过移位寄存器74HC164产生8路循环移位序列信号。
8路循环移位序列信号产生电路[4]如图5.7.3所示。
移位寄存器74HC164的内部结构如图5.7.4所示。
74HC164 引脚端功能表如表5.7.1所列。
简易逻辑分析仪的设计毕业设计开题报告毕业设计(论文)开题报告题目名称《简易逻辑分析仪的设计》学生姓名专业班级一、选题的目的意义随着集成电路技术的发展和计算机的应用，数字系统的实现方法也经历了由分立元件、小规模、中规模到大规模、超大规模，直到今天的专用集成电路(ASIC). 然而其调试和检测也越来越复杂。
逻辑分析仪作为电路设计的重要检测工具在现代电路设计中也发挥着越来越重要的作用。
本人选《简易逻辑分析仪的设计》这个课题有如下目的和意义:1、通过查阅资料了解当前行业前沿的设计思路和当今逻辑分析仪的现状和未来的发展方向;2、培养自己根据要求建立方案并对方案进分析和证论的能力以及自己的计算、和绘图能力;3、培养自己分析问题，灵活应用所学知识解决问题并将所学的知识与现实相联系的能力;4、培养自己通过利用各种渠道获取自己所需知识信息的能力;5、提高自己科技论文写作方面的能力;6、本设计作品可用于实验室中对电路进行简单的测试，同时避免了花费大比资金购买专用的逻辑分析仪，节约了资本。
二、国内外研究综述逻辑分析仪是一种类似于示波器的波形测试设备，它可以监测硬件电路工作时的逻辑电平(高或低)，并加以存储,用图形的方式直观地表达出来，便于用户检测,分析电路设计(硬件设计和软件设计) 中的错误，逻辑分析仪是设计中不可缺少的设备，通过它，可以迅速地定位错误，解决问题，达到事半功倍的效果。
逻辑分析仪是利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器，最主要作用在于时序判定。
由于逻辑分析仪不像示波器那样有许多电压等级，通常只显示两个电压(逻辑1和0)，因此设定了参考电压后，逻辑分析仪将被测信号通过比较器进行判定，高于参考电压者为High,低于参考电压者为Low，在High与Low之间形成数字波形。
根据硬件设备设计上的差异，目前市面上逻辑分析仪大致上可分为独立式(或单机型)逻辑分析仪和需结合电脑的PC-based卡式虚拟逻辑分析仪。
设计者：杨阳、孙佳、张万强辅导教师：姜威D8简易逻辑分析仪山东大学设计者：杨阳、孙佳、张万强辅导教师：姜威摘要本设计针对要求分外围发送接收电路、单片机最小系统、稳压电源来实现。
其中外围信号产生电路由4.096M晶振、4060分频器、74LS160计数器产生精确100Hz时钟信号同步移位寄存器74LS194，使之产生符合题目要求的8路稳定移位信号；信号接收电路由比较器LM339、数字电位器9511WP组成，完成输入信号门限电压在0.25—4V的31级可调，以适应各种输入信号；单片机最小系统由89C52、4×4键盘、128628液晶，7279键盘显示等组成，以实现控制功能；最后输出信号经过权电阻网络形成在示波器可明显分辨的八路信号；供电系统由变压器并带有稳压及稳流保护作用的大功率输出电路提供。
一、方案论证与比较在本设计中，采用模块化设计思想，对整个系统以模块为单位，进行分析、比较和论证。
⑴信号产生部分方案一：该部分可以用单片机来模拟，信号产生和100Hz的要求都可以通过单片机编程来实现。
由于单片机的资源有限，此部分功能若由单片机来完成，将占用单片机有限的资源，给后面单片机的控制部分带来很大的局限性导致系统运行不稳定和调试系统等方面的困难。
方案二：该部分电路可以用构筑数字电路来实现。
选择合适的的晶振进行适当分频，配合以计数器，便可以产生符合要求的频率100HZ，作为移位寄存器的时钟信号。
这样可以将此部分电路与单片机分离开来，给电路的调试带来很大的方便且电路构成简单，工作稳定，便与实现。
综合以上论证，我们决定选用方案二。
⑵信号接收电7路方案一：为实现门限电压在0.25－4V范围内16级变化，可以采用单片机自动控制的方式，经过一级啊A/D与设置的电压相比较从而通过程序对采样信号的高低电平进行判断。
采用该方式自动性较高，但是编程复杂，外围电路也较复杂，不宜实现。
方案二：考虑电阻网络分压关系，通过改变滑动电位器阻值改变输入电压，但是这种方法手动部分太多，不便于操作。
实验报告课程名称：电信测试仪器原理及应用实验项目：逻辑分析仪实验室：移动通信实验室姓名：李* 李** 李** 梁* 刘*学号：07 08 09 10 11专业班级：电信**-* 实验时间：2015.5.16逻辑分析仪一实验目的1．熟练LAB6000系列逻辑分析仪功能和操作。
2．学习测试USB信号电路方法。
3．学习测试74HC164 8位串入、并出移位寄存器方法。
4．学习测试74HC138 3-8译码器电路方法。
5．学习测试74HC574 D触发器电路方法。
6．学习测试74HC02或非门电路方法。
7．学习测试74LS244 缓冲器电路方法。
二实验仪器1．LAB6000系列逻辑分析仪一台2．USB口连接模块一块3．74HC164 8位串入、并出移位寄存器一块4．74HC138 3-8译码器测试电路一块5．74HC574 D触发器测试电路一块6．74HC02或非门测试电路一块7．74LS244 缓冲器测试电路一块8．计算机（PC机）一台三基本原理3.1 逻辑分析仪原理及分类1．逻辑分析仪简介逻辑分析仪是分析数字系统逻辑关系的仪器，逻辑分析仪是属于数据域测试仪器中的一种总线分析仪，即以总线（多线）概念为基础，同时对多条数据线上的数据流进行观察和测试的仪器，这种仪器对复杂的数字系统的测试和分析十分有效。
逻辑分析仪是利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器，最主要作用在于时序判定。
由于逻辑分析仪不像示波器那样有许多电压等级，通常只显示两个电压（逻辑1和0），因此设定了参考电压后，逻辑分析仪将被测信号通过比较器进行判定，高于参考电压者为High,低于参考电压者为Low，在High与Low之间形成数字波形。
2．逻辑分析仪的组成及原理逻辑分析仪的工作过程就是数据采集、存储、触发、显示的过程，由于它采用数字存储技术，可将数据采集工作和显示工作分开进行，也可同时进行，必要时，对存储的数据可以反复进行显示，以利于对问题的分析和研究。
摘要逻辑分析仪是一种新型的数字测试仪器。
它应用于微机等数字系统的软件、硬件调试，故障检查，性能分析等过程中。
它可以监测硬件电路工作时的逻辑电平，并加以存储，用图形的方式直观地表达出来，便于用户检测，分析电路设计中的错误。
在数字电路调试中，往往要测试多路信号波形，分析其逻辑关系。
普通示波器最多只能测试两路信号波形，而逻辑分析仪价格较高，我们设计的简易逻辑分析仪造价低、性能高，具有一定的推广价值。
本系统采用单片机和CPLD结合的方式。
用CPLD制作信号发生和采集装置，产生8路信号及数据采集。
信号发生器的序列时钟频率可高于100HZ 。
系统触发方式具有单级触发字和三级逻辑状态分析触发功能。
其中触发字可以通过键盘任意设定，触发位置可调。
此逻辑分析仪能够在示波器上清晰稳定地显示所采集到的8路信号波形和时间标志线，并显示触发点的位置。
单片机输出可在上位机上显示，能同时看到八路信号的波形和同一时刻不同信号的逻辑状态。
系统利用单片机来完成人机界面控制，信号触发、分析、处理与变换。
8位输入电路的输入阻抗大于50kΩ,门限电压16级可调。
每通道的存储深度可达到32bit。
单片机与CPLD的结合简化了外围硬件电路的设计，增加了系统的稳定性和可靠性。
关键字单片机；CPLD；逻辑分析仪；示波器；信号发生器AbstractThe logical analyzer is one kind of new numeral measuring instrument. It applies in number system and so on the microcomputer softwares, the hardware debugging, the malfunction finding, processes and so on in performance analysis. It may monitor the hardware electric circuit to work the time logical level, and saves, expressesintuitively with the graph way, is advantageous for the user examination, analyzes in the circuit design the mistake. In the digital circuit debugging, often must test themulti-channel waveform, analyzes its logical relations. The ordinary oscilloscope are most only can test two group waveforms, but the logical analyzer price is high, we design the simple logical analyzer construction cost low, the performance is high, has certain promoted value. This system uses the monolithic integrated circuit and the CPLD union way.Manufactures the signal with CPLD to occur with the gathering installment, produces 8 groups signals and the data acquisitions. The signal generating device sequence clock frequency may be higher than 100HZ.The system triggering way has the single stage triggering character and three level of logic state analysis triggering function. Triggering character may establish willfully through the keyboard, triggers the position adjustable.This logical analyzer can on the oscilloscope stably demonstrate clearly gathers 8 group waveforms and the time scribe mark, and demonstrate the trigger point the position. The monolithic integrated circuit outputs may demonstratein on position machine that, can simultaneously see the Chinese red army soldier signal the profile and the identical time different signal logical condition. The system completes the man-machine contact surface control using the monolithic integrated circuit, signal triggering, the analysis, processing and the transformation. 8 inputcircuit input impedance is bigger than 50kΩ, threshold voltage 16 levels adjustable. Each channel memory depth may achieve 32bit.The monolithic integrated circuit and the CPLD union simplified the periphery hardware electric circuit design, increased the system stability and the reliability.Keywords Single-chip Microcomputer CPLD；Logical analyzer； Oscillograph； Signal generator目录摘要 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -ⅠAbstract - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -Ⅱ第1章绪论 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 2第2章总体方案设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 32.1 方案比较与选择 - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - --32.2 系统设计方案 - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - --3第3章电路分析与设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -53.1 信号发生器 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - --53.2 输入电路- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 63.3 采集与存储电路- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 73.4 显示控制电路- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - 73.5 利用示波器显示- - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - -93.6 电源 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - -103.7 示波器显示的方法- - - - - - - - - - - - - - - - -- -11第4章软件设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -13第5章系统测试分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - -155.1 测试仪器- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -155.2 调试方法和过程- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -15结论- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - -18致谢 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 19参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -20简易逻辑分析仪的设计第1章绪论在工作中只要有数字逻辑信号，就能有机会使逻辑分析仪电子化。
基于单片机的简易逻辑分析仪设计前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(Logic Analyzer)，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（Logic Analyzer）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。
简易逻辑分析仪设计
一、实验目的
进一步熟悉QuartusII及LPM-RAM宏模块与FPGA硬件资源的使用方法。
二、实验设备
计算机、和软件QuartusII
三、试验内容
设计一个8通道深度为1024的简易逻辑分析仪
四、试验原理
打开QuartusII软件，在连接试验电路之前调入LPM-RAM-DQ宏模块，PLM-COUNER模块和74244芯片，再连接电路图，试验原理设计图如下：
图1-1逻辑数据采样电路顶层设计
五、实验结果
试验结果图如下：
图1-2综合后的RTL
图1-3仿真波形图
六、试验小节
本次试验成功的关键是要做好每一个步骤，并且确保每一个步骤的正确性，要求我们有耐心和细心。
学会查找错误，改正错误。
这么多次试验后，我感觉做起试验已经不怎么费劲了，好像找到了运用QuartusII技巧了，不过有时候还是会犯一些小错误。
不
过谁能无过呢？我有信心学好QuartusII，做好实验！。
D7简易逻辑分析仪摘要本系统由8位可预置的循环移位数字信号发生器、简易逻辑分析仪两部分组成。
循环移位数字信号发生器由51单片机控制,可以产生8位逻辑信号序列和时钟信号波形,并且逻辑信号序列可以预置。
其中一路输出电平可在０～５Ｖ内调节。
采用１６×２液晶显示各设置参数，显示直观，设置方便。
在简易逻辑分析仪的设计中，由于要在示波器上显示8路波形，此操作占用大量运算时间，故而采用双单片机协同工作的方式：其中一片单片机作输入控制、数据存储、数据显示及各控制参数设置；另一片单片机控制Ｄ／Ａ转换器输出波形到示波器。
两单片机之间采用串行方式进行通信。
我们采用XY扫描方式的显示方法。
X轴的锯齿波信号由Ｄ／Ａ转换器产生，由于要同时显示8路信号，所以Y轴的信号由被测信号、时标信号和参考电平相加得到，在软件配合下，可以比较方便实现８路信号的稳定显示，同时也可显示时间标志线和触发点位置。
在本设计中，采用插线连接信号发生器和简易逻辑分析仪，连接方式灵活、方便。
数据采集有单级、多级（３级）触发方式。
信号采集电路中采用门限电压调节电路，可以采集0.1～4.5Ｖ门限的各种逻辑电平，存储深度达到２４Ｂit，示波器可以实现对８路２４Ｂit信号同时显示。
时间标志线，触发点等功能完善。
达到了基本的设计要求，并对其它的功能进行了较好的完善和扩充。
第一部分：方案论证与比较由于本题目实际由两个相对独立的部分组成，所以我们对两个部分分别进行分析讨论：一、数字信号发生器根据题目要求，我们考虑可以采用以下几种方案可以采用：1、方案一：采用555定时器和可预置移位寄存器。
用74LS194A接成8位可预置循环移位寄存器，方波发生器提供一时钟信号给移位寄存器，预置数用8个波段开关接入（即循环序列）。
此方案简单可靠，但信号频率不易更改，硬件复杂，不易扩展。
2、方案二：采用EPROM固化波形输出，EPROM存储容量大，将各种波形的产生程序固化到EPROM中，一振荡器接一8位的计数器送EPROM 8位数据输出，8位计数器需要3位地址线再加上8位选择开关切换不同波形显示，这样就有11位地址线可寻址2K空间。
尽管此种方法可产生较好的波形，但使用时不够灵活，只有固定的几种波形。
3、方案三：用PC 通过软件编程可以从并行口输出信号波形，不需要硬件电路，且设计灵活，但是不适合电子设计竞赛，并且PC体积大，携带不方便。
4、方案四：采用中规模FPGA，使用VHDL语言设计移位寄存器。
此方案可以实现精确定时产生信号，且信号频率可调，体积小, 但其显示电路占用资源多，这样设计出来的电路系统将大且复杂。
5、方案五：采用一片89C51单片产生波形序列。
用单片机产生数字信号，设计简单，设置灵活，频率调节方便，并且易扩展其他功能，有它独到之处！综合分析上述各方案，比较其优缺点，包括灵活性、可靠性、可扩展性和易操作性，所以选用方案五。
二、简易逻辑分析仪我们先对题目要求进行简单分析：要实现本题目的基本要求，主要实现数据采集存储和控制示波器显示的功能。
其中数据采集功能要求可采集8路信号，采集深度20位（我们的方案选择24位），数据量为24×8=24bytes,对于一般的单片机系统很容易实现。
对于显示功能，要求用示波器显示清晰稳定的8路数字波形，再包括额外的时间标线和触发点的显示，则共需要９个通道。
对于示波器来说，为了显示的波形清晰稳定，一般要求扫描的刷新频率ｆ＞25Hz。
每显示一路信号，需要沿X轴扫描24个位，设定每个位需要显示10个点，则显示一个通道需要24×10个点。
同时显示9通道的数字波形，则共显示24×9=216个位，216×10个点。
由此可知，扫描一个点所需的时间为：1秒/（25祯*24位*9通道*10点）=18.5微秒/点。
对于采用12MHz晶振的单片机来说，仅能执行大约15条指令。
如果数据采集存储和控制显示功能由同一单片机来实现，处理起来十分困难。
即使是24兆的单片，也只能执行30条左右而已。
因而若用单MCU来实现，则须用更高性能的单片来实现。
因此只用一片普通51单片来实现是不现实的。
针对以上分析，提出以下方案1、方案一：采用高性能单CPU系统实现，比如32位的ARM芯片作为控制系统核心。
如果采用此方案，可以很好的解决同时采样和控制显示的功能，但是ARM 系统设计调试复杂，在短时间内难以很好的完成设计，所以不宜采用此方案。
2、方案二：针对分析中提出的问题，我们也可以采用两片普通51单片机来实现系统设计，一片51实现数据采集，存储；另一片51实现控制示波器实时显示功能，两片51之间采用串行通信来解决数据通信问题，这样的方案可以满足题目提出的设计要求。
3、方案三：采用大规模FPGA来实现系统,采用FPGA来实现相应功能，一般是使用状态机方式来实现，即所解决的问题都是规则的有限状态转换问题。
分析本题目的要求，可以看出，其中的逻辑控制灵活多变，适合于采用程序控制的cpu执行方式，如使用FPGA来实现，大部分的资源会消耗用来控制键盘和显示等辅助功能，用在主逻辑控制方面的资源相对比较少。
另外，考虑到逻辑复杂程度和实现规模，可采用芯片大概要到Alter EPF11C50、Alter EP1C6等级别的芯片来实现，但此种规模PLD系统受实验室条件限制，无法顺利开发，而且其所需元器件和EPC配置芯片在本地无法买到，因而综合比较后我们淘汰掉本方案。
综合分析上述各方案，比较其优缺点，包括灵活性、可靠性、可扩展性和易操作性，所以选用方案二。
第二部分：信号发生器实现方案一、硬件组成：硬件结构框图如下：信号发生器由3个小模块构成1、输出滞留稳压电源模块电路图如下：本模块主要完成对个电路供电的功能，主要由电源变压器、桥式整流器、电容滤波器、三端集成稳压器等组成。
其作用是将交流电转换为平稳的直流电，核心部分是整流电路和稳压电路。
电源变压器将交流220V电压变为7.5V交流电，经由桥式电路全波整流作用以后，得到脉动直流电，经C5滤波后得到9V的直流电，电容器C6为三端稳压器W7805的输入端补偿电容，其作用是消除输入端引线过长引起的自激振荡，抑制电源的高频干扰，安装时尽量靠近集成稳压器，C7、C8为输出端补偿电容，以改善输出瞬态响应。
2、信号发生器模块连接如原理图1.1所示采用89C51产生逻辑循环序列信号，由P0口输出，即Q0--Q7的八路信号输出。
输出序列信号由T0计数器溢出中断产生，采用方式1。
MAX813L具有上电复位、Watchdog输出、掉电电压监视、手动复位四大功能。
WDI（Watchdog Input）主要是作为Watchdog计数器重定用的。
在1.6秒内若CPU 不触发复位看门狗定时器，则WDO（Watchdog Output）将输出低电平。
复位电路分为手工复位与上电复位。
上电复位用比较器产生触发信号触发触发器，以此产生复位信号。
同时，对时基产生的脉冲进行定时，当复位时间达140毫秒时，Reset 发生器产生一脉冲使复位信号无效。
上电复位时，只要电压低于4.63V，复位信号Reset就有效；当电源电压超过4.63V时，Reset信号仍将继续保持140毫秒左右，以保证CPU复位可靠后无效。
手动复位时，MR（Manual Reset）接地时间不小于150纳秒，则可产生一个手动复位过程。
即在复位端产生140毫秒的有效复位信号（高电平有效）。
若将WDO端与MR连接，则可组成上电复位及看门狗复位电路。
3、显示部分液晶显示选用CA1602A,LCD显示数据输出接P1口，。
液晶显示内容第一行为标题信息，第二行开始的8位0、1数字是循环输出的逻辑信号序列，接着输出的是信号的频率值。
二、软件组成：1、流程图：程序流程图如1.2所示。
2、软件说明：在初始化部分，其频率值F的具体计算如下所示：T0的计数初值：NUM= 65536－Fosc/(12×F) 对89C51 Fosc=12MHz输出时钟频率为：F=100HZ，则一个时钟周期循环输出8位序列中的一位。
则定时输出时钟脉冲时,NUM=65536-12M/(FF*12) FF=F/2;要输出较为精确的频率，用计算到的常数进行循环产生脉冲，并按执行实际情况适当进行调整计数初值，使实际周期准确。
第三部分、简易逻辑分析仪方案实现一、结构组成：本分析仪由数据采集存储和控制显示两部分构成：数据采集存储模块由信号输入电路、89C52单片机、小键盘和液晶显示模块组成；逻辑状态与波形显示模块由D/A变换器（TLC7226）和89C52构成。
两模块之间采用串行通信方式。
结构框图如下：二、数据采集和存储部分此部分对应框图中的MCU1、电压比较器、键盘和LCD液晶显示1、输入电路：八路输入信号通过电压比较器LM339和D/A转换器TLC7226提供的基准电压作比较后，作为存储单片的输入，8路信号接入LM339同相输入端，可以获得较大阻抗。
2、触发和存储原理：本部分功能主要依靠51单片机来实现。
根据题目要求，对逻辑信号的采集是要依靠触发字来触发的。
触发字又分单级触发字和三级触发字两种，单级触发字的预置依靠小键盘输入实现。
当单片机采集到的状态字和用户所提供的触发字8位逻辑状态完全一致时，开始一次数据采集，连续采集24位，然后存储到显示缓冲区中，这样每个显示通道的存储深度为 24bit；对于三级触发字方式，设定从外部采两位的状态，连续取三次，都和我们设定的两位逻辑状态一样的情况下，将进入3级触发采集状态，开始采集。
采集完24位数据后，存储起来。
为了同时显示8路信号，所以数据送去显示前要把采集到的数据进行拼装处理，把采集到的24个字节排列成适合显示的8通道数据组合，每一通道存放从同一输入端口采集到的24BIT信息即组合形成8个存储深度为24BIT的数据显示通道，这样就可以把数据依次送到示波器上按行扫描显示。
三、逻辑状态与波形显示部分此部分对应框图中的MCU2、D/A转换器和示波器。
本部分的主要难点集中在示波器显示控制上，我们先对示波器的显示方法进行分析讨论：1、显示方法分析：要能同时在示波器上看到8路信号波形，模拟示波器需要用外接扫描信号方式工作示波器上显示数字信号发生器的8路信号和1路触发点位置标识，共需9个通道。
同时显示这9个通道的信号，需要采用动态扫描的方法：借助9个不同的基准电压，使显示的9路波形分别处在不同的位置上，即把要在示波器上显示的信号电平Qi+Vi偏置电平（i=0～7)加与示波器Y轴输入端。
X轴输入则是由TLC7226提供的线性锯齿波。
显示的信号电平Qi+Vi其叠加效果如下图的Y++所示：具体扫描方式有三种方案可供选择：（1）、按行扫描方式，X用外触发方式，扫描10次扫完一屏。
