基于单片机的简易逻辑分析仪
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什么是逻辑分析仪？逻辑分析仪的参数、使用步骤和优势
什么是逻辑分析仪？逻辑分析仪的参数、使用步骤和优势由于电路的进展是从模拟进展到数字这样的过程，因此测量工具的进展也遵循了这个挨次。
现在提到测量，首先我们想到的是示波器，尤其是一些老工程师，他们对示波器的认知度特别高。
而规律分析仪是一种新型测量工具，是随着单片机技术进展而进展起来的，特别适合单片机这类数字系统的测量分析，而通信方面的分析中，比示波器要更加便利和强大。
一个待测信号使用10MHZ采样率的规律分析仪去采集的话，假如阈值电压是1.5V，那么在测量的时候，规律分析仪就会每100ns 采集一个样点，并且超过1.5V认为是高电平(规律1)，低于1.5V认为是低电平(规律0)。
而后呢，规律分析仪会用描点法将波形连起来，工程师就可以在这个连续的波形中查看到规律分析仪还原的待测信号，从而查找特别之处。
规律分析仪和示波器都是还原信号的，示波器前端有ADC，再加上还原算法，可以实现模拟信号的还原。
而规律分析仪只针对数字信号，不需要ADC，不需要特别算法，就用最简洁的连点就可以了。
此外，示波器往往是台式的，波形显示在示波器本身的显示屏上，而规律分析仪当前大多数是和PC端的上位机软件结合的，在电脑上直接显示波形。
如图1所示，是一款规律分析仪的实物图，采样率为500M，16个通道，采样深度硬件深度为32M，经过压缩算法，最多可以实现每通道5G的存储深度，图2是规律分析仪的上位机软件。
图1规律分析仪实物图图2规律分析仪上位机软件1、规律分析仪的参数规律分析仪有三个重要参数：阈值电压、采样率和采样深度。
阈值电压：区分凹凸电平的间隔。
规律分析仪和单片机都是数字电路，它在读取外部信号的时候，多高电压识别成高电平，多高电压识别成低电平是有肯定限制的。
比如一款规律分析仪，阈值电压是：0.7~1.4V，那么当它采集外部的数字电路信号的时候，高于1.4V识别为高电平，低于0.7V识别为低电平。
采样率：每秒钟采集信号的次数。
比如一个规律分析仪的最大采样率是100M，那么也就是说他一秒钟可以采集100M个样点，即每10ns采集一个样点，并且高于阈值电压的认定为高电平，低于阈值电压的认定为低电平。
基于51单片机的简易逻辑分析仪设计
本科生毕业设计报告学院物理与电子工程学院专业电子信息工程设计题目：基于51单片机的简易逻辑分析仪设计学生姓名指导教师（姓名及职称）班级学号完成日期：年月基于51单片机的简易逻辑分析仪设计物理与电子工程学院电子信息工程[摘要]本设计完成了一种能进行数字电路中多路数据测试的简易逻辑分析仪。
它以51单片机控制核心，数模转换器为逻辑信号门限电平控制电路，用按键和 12864LCD作为人机交互界面，采用C51进行模块化编程，实现了四路信号的测试，具有成本低，使用方便等特点。
[关键词]数字电路单片机数模转换器逻辑分析仪1 设计任务与要求本设计的主要任务及参数指标是：数据位数4位，存储深度80字；数据速率最高1kHz；输入阻抗大于50kΩ；逻辑信号门限电平在1.0V～4.0V 范围内按8级任意设定。
2 设计方案本系统采用51单片机为控制核心，系统由单片机系统、逻辑电平控制、按键、LCD显示、系统电源等模块构成。
被测数据输入到逻辑电平控制模块，然后进行单片机进行测试，按键用于控制逻辑信号门限电平的大小，系统电源为各模块供电，各模块的供电电压为5V。
图1 系统框图3 设计原理分析3.1 单片机系统电路设计图2 单片机系统电路单片机系统为逻辑分析仪的核心，负责控制逻辑分析仪的逻辑电平、检测按键并驱动LCD 进行显示。
单片机系统电路如图2所示，由晶体振荡器Y1、电容C3和C4构成振荡器电路，为单片机提供时钟信号。
电容C1、电阻R2和R1、按键KEY1构成单片机复位电路，高电平复位，当按键KEY1按下的时间超过2个机器周期以上时，单片机就执行复位操作。
EA 接高电平，单片机首先访问内部程序存储器。
J1为1KΩ的排阻，作为P0口的外部上拉电阻。
在硬件制作时为了方便单片机的测试和功能的扩展，把所有的I/O 口均通过排针引出。
EA/VP 31X119X218RESET 9RD 17WR 16INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P2728PSEN29ALE/P 30TXD 11RXD 10U1P10P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27123456789J11KY112M+5RXD TXDRD WRT0T1INT0INT1C322p FC422p FR28.2KC110u F+512J6CON2KEY1SW2R1100..3.2 人机界面电路设计..图3 按键控制电路按键控制电路如图3所示，用于控制逻辑分析仪的工作状态，如采样率改变、逻辑电平的调整等等，单片机通过检测按键对应的I/O 口是否为低电平来判断按键是否按键，为了防止干扰，应在单片机的按键检测程序中加入延时函数。
MSP430149简易逻辑分析仪设计方案
2003全国大学生电子设计竞赛简易逻辑分析仪设计方案（本设计获2003全国大学生电子设计竞赛三等奖）参赛者：陈小忠马世高洪建堂西安邮电学院63# 710061第一部分设计要求一.任务设计并制作一个8路数字信号发生器与简易逻辑分析仪，其结构框图如图1所示：图1 系统结构框图二．要求1、基本要求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。
逻辑信号序列示例如图2所示。
2）制作简易逻辑分析仪具有采集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。
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。
8位输入电路的输入阻抗大于50kΩ,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。
每通道的存储深度为20bit。
图2重复输出循环移位逻辑序列000001012、发挥部分2) 能在示波器上显示可移动的时间标志线，并采用LED或其它方式显示时间标志线所对应时刻的8路输入信号逻辑状态。
3) 简易逻辑分析仪应具备3级逻辑状态分析触发功能，即当连续依次捕捉到设定的3个触发字时，开始对被测信号进行一次采集，存储与显示，并显示触发点位置。
3级触发字可任意设定（例如：在8路信号中指定连续依次捕捉到两路信号11，01，00作为三级触发状态字）。
4) 触发位置可调（即可选择显示触发前，后所保存的逻辑状态字数）。
5) 其它（如增加存储深度后分页显示等）三、评分标准项目满分设计与总结报告：方案比较，设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析50基本要求实际制作完成情况 50完成第（1）项 18完成第（2）项 18完成第（3）项 5 发挥部分其它 9 四、说明1．系统结构框图中的跳线必须采取可灵活改变接插方式。
简易数字逻辑分析仪的程序设计.
。 逻辑状态相同。满足触发条件时，能对被测信号进行采集、存储
能利用模拟示波器清晰稳定地显示所采集并输出的的8路信号波形。 8位输入电路的输入阻抗大于50 K,其逻辑信号门限电压可在0.25V-
4V范围内按16级变化,以适应各种输入信号的逻辑电平。 每通道的 存储深度为20bit。
系统结构框图
简易数字逻辑分析仪的程序设计
（单片机汇编程序设计）
本次设计要求
制作数字信号发生器：能产生8路可预置循环移位序列，输出信号 为逻辑TTL电平，序列时钟脉冲频率为100Hz，并能够重复输出。
制作简易逻辑分析仪： 具有采集8路逻辑信号的功能，并可设置触 发字。信号采样的触发条件为各路被测信号电平与触发字所设定
信号发生器
设计方案
利用单片机内的定时器，产生计数溢出中断，从而实现信 号频率要达到100Hz的要求。
当改变拨段开关的预设值后，按下数字开关，单片机会重 新读入8位数据，并对改变后的数据进行读取和输出。
在中断程序中对信号实ห้องสมุดไป่ตู้循环右移和输出，每次中断到来 的时候，单片机便对输出端口输送一组信号。
程序流程图
数字逻辑分析仪
解决方案
利用两个通用寄存器R0、R1作为指针，实现信号的循环 存储和输出，深度位20位。
同样采用定时器的中断程序设计，其中内容主要为对信号 的采集、比较和输出。
利用一个多路选择器和D/A转换器实现8路信号的并行显示 功能，并在主程序中实现对他们的使用。
利用单片机剩余的端口对锁存器、多路选择器和D/A转换 器进行选通控制，避免输出总线上的数据冲突
程序流程图
编程工具与仿真环境
编程工具：伟福6000（WAVE6000 ）
能利用模拟示波器清晰稳定地显示所采集并输出的的8路信号波形。 8位输入电路的输入阻抗大于50 K,其逻辑信号门限电压可在0.25V-
4V范围内按16级变化,以适应各种输入信号的逻辑电平。 每通道的 存储深度为20bit。
系统结构框图
简易数字逻辑分析仪的程序设计
（单片机汇编程序设计）
本次设计要求
制作数字信号发生器：能产生8路可预置循环移位序列，输出信号 为逻辑TTL电平，序列时钟脉冲频率为100Hz，并能够重复输出。
制作简易逻辑分析仪： 具有采集8路逻辑信号的功能，并可设置触 发字。信号采样的触发条件为各路被测信号电平与触发字所设定
信号发生器
设计方案
利用单片机内的定时器，产生计数溢出中断，从而实现信 号频率要达到100Hz的要求。
当改变拨段开关的预设值后，按下数字开关，单片机会重 新读入8位数据，并对改变后的数据进行读取和输出。
在中断程序中对信号实ห้องสมุดไป่ตู้循环右移和输出，每次中断到来 的时候，单片机便对输出端口输送一组信号。
程序流程图
数字逻辑分析仪
解决方案
利用两个通用寄存器R0、R1作为指针，实现信号的循环 存储和输出，深度位20位。
同样采用定时器的中断程序设计，其中内容主要为对信号 的采集、比较和输出。
利用一个多路选择器和D/A转换器实现8路信号的并行显示 功能，并在主程序中实现对他们的使用。
利用单片机剩余的端口对锁存器、多路选择器和D/A转换 器进行选通控制，避免输出总线上的数据冲突
程序流程图
编程工具与仿真环境
编程工具：伟福6000（WAVE6000 ）
基于单片机的简易逻辑分析仪
基于单片机的简易逻辑分析仪第1节引言逻辑分析仪是一种类似于示波器的波形测试设备，它可以检测硬件电路工作时的逻辑电平，并加以储存，用图形的方法直观地表现出来，一般的逻辑分析仪可以同时进行多个通道的分析，便于用户检查和分析电路中的错误，逻辑分析是电路设计中不可缺少的仪器，通过它可以迅速定位错误，解决问题达到事半功倍的效果。
1.1系统概述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。
简易逻辑分析仪的设计与实现
．
Ｔｈ ｅ ｕ ｔｏ ｓｉ ｇ ａ ｄ ａ ａｙ ｉ ｇ ｉ ｙ ｔ ｍ ｅ ｆｒ ｎ ｅ ｓ ｏ ｈ ｔｔ ｅ ａ ａｙ ｅ ａ ｉｐ ａ ｌ ａ ｎ ｅ ｒ ｓ ｌ ｆｔ ｔｎ ｎ ｎ ｌ ｚｎ ｔ ｓ ｓｅ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｈ ｗｓｔ ａ ｈ ｎ ｌｚ ｒｃ ｎ ｄ ｓ ｌｙ ｃｅ ｒａ ｄ ｅ ｓ
行 采集存储 ， 制 Ｄ Ａ转换进 行波 形输 出与显示 。 控 ／ （ ） 字信 号发生 器模 块 ２数
该模块 由 ５ ５定 时器 和 移 位 寄存 器 ７ Ｌ ９ ５ ４ Ｓ ５组 成 。将 ５ ５定时器 接成 多谐 振荡器产 生矩 形波作 为 ５
选通各个通道 ， 通过软件控制对 ８ 路信号实现采集 。 信号采集之前 ， Ｌ ３４接成 电压跟随器， 将 Ｍ２ 提高输 入 阻 抗 ， 输 入 阻 抗 大 于 ５ｋ 简 化 了 硬 件 的 使 ０Ｏ，
ｓａ ｌ ｖ ｆＩＩ ． ｔｂ ｅ ｗａ ｅｏＴ Ｓ １
Ｋ ｅ ｒ ｓ： ＡＴ ９Ｓ ｓｎ ｌ ｈ ｐ； ｓｍ ｐ ｅ ｌｇｃ ａ ａｙ ｅ ；ｅ ｇ ｔｓｇ ａ ｈ ｎ ｅ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ８ ５１ ｉ ｇｅ ｃ ｉ ｉ ｌ ｏ ｉ ｎ ｌ ｚ ｒ ｉｈ ｉｎ ｌｃ ａ ｎ ｌ
移位寄 存器 的时钟 信 号 ， 过移 位 产生 符 合 实 际要 通 求 的逻 辑 序 列 信 号 。８位 拨 码 开 关 可 以 预 置 初 始
状态。
号逻辑 分析 的功能 。系统整体 主要分 数字 信号 发生
器、 采集 与存 储 、 ／ Ｄ Ａ转 换 、 波 器 Ｘ— 示 Ｙ通 道 的控 制、 晶 显 示 等 模 块。其 系 统 整 体 框 图 如 图 １ 液
ａｅ ｅ ｔ ｆｃ ， ｈ ｎ ｏ ｇＵ ｉ ｒｔ ， ｉａ ２ ４ ０ ， ｈｎ ） ｇｍ ｎ Ｏｆ ｅ Ｓ ａ ｄ ｎ ｎｖ ｓｙ Ｗｅ ｉ ６ ２ ９ Ｃ ｉ ｉ ｅｉ ｈ ａ
基于STM32的微型数字逻辑分析仪设计
基于STM32的微型数字逻辑分析仪设计姓名：耿闯学院：信息学院班级： 13级一班学号： 131405105邮箱：1916156075@时间： 2016年5月30号基于STM32的微型数字逻辑分析仪设计摘要：本设计采用单片机控制8路逻辑信号电平采集；采用EDA技术设计的CPLD芯片处理逻辑信号，控制点阵扫描和分析结果在示波器上显示；单片机和CPLD间采用中断方式交换数据。
该设计具有1、3级触发方式，触发字位置和浮动时标线显示等功能,以及友好操作界面和波形稳定显示等特点，并拓宽示波器使用功能。
关键字：点阵扫描控制；逻辑分析；CPLD；VHDL编程1. 引言逻辑分析仪是数字电路调试和信号分析中不可缺少的工具。
本设计参照“2003年全国大学生电子设计竞赛”的题目，用双踪信号示波器作为逻辑分析结果显示设备；用单片机控制逻辑信号采集和逻辑分析仪的各项功能操作；用EDA（电子设计自动化）技术设计的CPLD（复杂可编程逻辑器件）芯片处理逻辑信号，控制逻辑分析结果波形的点阵扫描；达到一般逻辑分析仪应有的功能和指标。
本设计的逻辑分析仪特点是性能稳定、成本低，并拓宽了示波器使用功能。
2. 基本要求（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。
逻辑信号序列示例如下图所示。
（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50kῼ，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。
3. 方案选择与可行性论证（1）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。
巧用逻辑分析仪助力单片机开发
基于电脑并口的逻辑分析仪曾是 主流，但是近年来电脑系统逐步不再 配置并口，这类设计已经成为明日黄 花，仅仅还具有原理学习的价值。
另一类的逻辑分析仪，是以低速 单片机为基础的。很多爱好者用PIC、 AVR等常见单片机设计了自己的作 品。但这类单片机逻辑分析仪的共同 弱点就是采样速度太慢，通常不超过 1MHz。
将鼠标放在波形上，连续点击 左键，实现zoom in功能。见图8。在 UBottom的下降沿和UTop的上升沿放置 标记线，在右下角的显示框中，可以 看到T2-T1=2.25μs，这就是先关断后 打开的时间差，专业上称为“死区时
间”（Deadtime）。另外，还可以看到 PWM的宽度45.5μs，周期66.6μs，占 空比31.6%，频率15.0376kHz等信息。 这就是一个典型的三相电机变频器的 SVPWM波形。
4. 按“Start”按钮，开始采样。
数据分析
采样结束后，可以看到波形，见 图2。由于我们设置了是I2C分析，因此 不光显示出波形，还有根据I2C协议解 码显示的字节内容。单片机对AT24C16 进行写入操作，在0x00地址处写入 10000等数字。波形起始是“start” 信号，然后依次是AT24C16的标识 0xA2，写入地址0x00，数据0x10， 0x27等。由于写入以字节为单位，因 此0x2710 = 10000，表明采样成功。
3. 设置触发条件，默认“----”就 可以了。
4. 按“start”按钮，开始采样。
数据分析 采样结束后，可以看到波形，见
图6。典型的三相电机驱动PWM是互补 型的，即一组信号的上下两个波形的 状态是相反的，分别控制这组桥臂上
图7 典型的三相电机驱动电路
图5
图6
图8
下两个开关管的状态，避免同时导通 造成短路，见图7。
另一类的逻辑分析仪，是以低速 单片机为基础的。很多爱好者用PIC、 AVR等常见单片机设计了自己的作 品。但这类单片机逻辑分析仪的共同 弱点就是采样速度太慢，通常不超过 1MHz。
将鼠标放在波形上，连续点击 左键，实现zoom in功能。见图8。在 UBottom的下降沿和UTop的上升沿放置 标记线，在右下角的显示框中，可以 看到T2-T1=2.25μs，这就是先关断后 打开的时间差，专业上称为“死区时
间”（Deadtime）。另外，还可以看到 PWM的宽度45.5μs，周期66.6μs，占 空比31.6%，频率15.0376kHz等信息。 这就是一个典型的三相电机变频器的 SVPWM波形。
4. 按“Start”按钮，开始采样。
数据分析
采样结束后，可以看到波形，见 图2。由于我们设置了是I2C分析，因此 不光显示出波形，还有根据I2C协议解 码显示的字节内容。单片机对AT24C16 进行写入操作，在0x00地址处写入 10000等数字。波形起始是“start” 信号，然后依次是AT24C16的标识 0xA2，写入地址0x00，数据0x10， 0x27等。由于写入以字节为单位，因 此0x2710 = 10000，表明采样成功。
3. 设置触发条件，默认“----”就 可以了。
4. 按“start”按钮，开始采样。
数据分析 采样结束后，可以看到波形，见
图6。典型的三相电机驱动PWM是互补 型的，即一组信号的上下两个波形的 状态是相反的，分别控制这组桥臂上
图7 典型的三相电机驱动电路
图5
图6
图8
下两个开关管的状态，避免同时导通 造成短路，见图7。
简易逻辑分析仪
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。
毕业论文--逻辑分析仪的设计
逻辑分析仪的设计作者姓名：王晓练专业名称：电子信息科学与技术指导教师：李兰英讲师摘要逻辑分析仪用于涉及大量信号或复杂的触发器要求的数字测量，但是以往的独立式逻辑分析仪不仅结构复杂，而且价格昂贵。
文章介绍了一种基于单片机的逻辑分析仪，阐述了逻辑分析仪的硬件电路设计和软件设计部分。
通过本次设计实践证明该逻辑分析仪不仅结构简单、成本较低，而且具有通道数量多、捕获速度快、性能稳定等特点。
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。
数据采集电路：由单片机控制，含有RAM及8位输入电路等，能够采集并存储输入的8位逻辑序列。
功能控制系统：它也是由单片机控制，完成设定、显示、调整系统各功能项的任务。
显示电路：主要由可编程逻辑器件CPLD和电平移位及扫描电路组成，用于将RAM中的8路逻辑序列取出，将其高速送入示波器稳定显示。
关键词：逻辑分析仪 AT89C51 数字信号发生器示波器AbstractLogic Analyzer used to involve a lot of signal digital measurement requirements or complex triggers, but independent Logic Analyzer in the past not only complicated and expensive. This article describes a kind of logic analysis instrument based on single-chip, in this paper, the logical analyzer design of hardware circuit and the software design part. Through this design practice proves that the logical analyzer is not only simple structure, low cost, and has the number of channels, capture speed, stable performance, and so on.The system design of circuit consists of 8-bit data acquisition circuit for digital signal generator circuit, four part, features, display control system circuit. 8-bit digital signal generator circuit: it is made of single-chip, LCD, press the key components, and so on, can produce 8 cyclic shift logic signal sequences, and can establish, regulate and displays the preset value. Data acquisition circuit: single-chip control, with RAM and 8-bit input circuit, to collect and enter a sequence of 8-bit logical storage. Function control system: it is also controlled by the single-chip, complete set, displays tasks, adjust all functions of the system. Display circuits: mainly of programmable logic device CPLD and level shifting and scan circuit, used for remove RAM 8 channels in logical sequence, the stability of high-speed into the oscilloscope display.Keywords:logic analyzer, AT89C51, digital waveformgenerators目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (1)1 概述 (2)1.1 逻辑分析仪的作用及地位 (2)1.1.1 逻辑分析仪的需求 (2)1.1.2 逻辑分析仪介绍 (3)1.1.3 逻辑分析仪的应用 (4)1.2 逻辑分析仪的发展状况 (4)1.3 设计的提出 (5)2 系统工作原理 (6)2.1 系统组织结构 (6)2.2 系统原理框图 (7)3 系统硬件设计 (8)3.1 硬件器材的选择与应用 (8)3.1.1 单片机概述 (8)3.1.2 设计采用芯片及其引脚介绍 (9)3.2 数字信号发生器模块的实现 (14)3.3 信号采集处理电路设计与实现 (15)3.4 功能实现模块 (17)3.4.1 按键实现电路 (17)3.4.2 CPLD显示电路 (18)3.4.3 D/A转换电路 (19)3.4.4 硬件的抗干扰措施 (20)4 系统软件设计 (21)4.1 软件主要功能控制 (21)4.2 数据采集及显示流程图 (23)4.3 中断程序流程图 (23)4.4 电路保护流程图 (24)5 系统测试 (27)5.1 测试仪器 (27)5.2 测试方法 (27)5.2.1 数字信号发生器的测试 (27)5.2.2 系统的测试 (28)5.3 误差分析 (30)结论 (31)参考文献 (33)致谢 (34)附录： (35)前言随着通信技术的的越加技术纯熟，通信技术在半导体器件出现后开始从以前的只对模拟信号进行变换和传输发展为现在的可以将语音和图像信号用数字技术变换成数字信号后，再在线路上进行传输。
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数理与信息工程学院《单片机原理及应用》期末课程设计题目：基于单片机的逻辑分析仪专业：电子信息工程班级：电信041班姓名：周钰薇学号：04610111指导老师：余水宝成绩：( 2007.1 )目录第1节引言 (3)1.1 系统概述 (3)1.1.1系统的特点 (4)1.1.2系统的功能 (4)第2节系统主要硬件电路设计 (5)2.1 系统结构框图 (5)2.2 主体控制模块 (5)2.3 系统硬件的主体实现 (7)2.3.1 数字信号发生器模块的电路设计与实现 (7)2.3.2 主控系统模块的电路设计与实现 (8)2.3.3 LED显示模块的电路设计与实现……………………………………102.3.4 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)3.3 AT24C04程序设计 (15)第4节结束语 (19)参考文献 (20)基于单片机的简易逻辑分析仪数理与信息工程学院电信041 周钰薇指导教师：余水宝第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(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。
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，其部含有可重复编程的FLASH ROM,，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。
方案一：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,将显示缓冲器的容在LED上显示出来。
图2-3 8279键盘/显示模块方案二：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 P2 8路数字信号 输出图2-6 8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拨码开关 AT 89C 517 4 L S 0 4图2-7最小系统模块J2CON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。