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        基于單片機(jī)的簡(jiǎn)易邏輯分析儀

        2020-10-21 23:06:50李少雄宋超俊劉博張帥劉藝
        關(guān)鍵詞:設(shè)置信號(hào)系統(tǒng)

        李少雄 宋超俊 劉博 張帥 劉藝

        摘? 要:信息時(shí)代是數(shù)字化的時(shí)代,數(shù)字技術(shù)的高速發(fā)展,出現(xiàn)了以高性能計(jì)算機(jī)為核心的數(shù)字通信、數(shù)字測(cè)量的數(shù)字系統(tǒng)。在研究這些數(shù)字系統(tǒng)產(chǎn)品的應(yīng)用性能的同時(shí)也必須研究在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和維修他們的過(guò)程中,如何驗(yàn)證數(shù)字電路設(shè)計(jì)的合理性、如何協(xié)調(diào)硬件及其驅(qū)動(dòng)應(yīng)用軟件的工作、如何測(cè)量其技術(shù)指標(biāo)以及如何評(píng)價(jià)其性能。邏輯分析儀的出現(xiàn),為解決這些問(wèn)題提供了可能。

        關(guān)鍵詞:?jiǎn)纹瑱C(jī);簡(jiǎn)易邏輯分析儀

        1. 系統(tǒng)的特點(diǎn)

        邏輯分析儀也稱(chēng)邏輯示波器,它是用來(lái)分析數(shù)字系統(tǒng)邏輯關(guān)系的一種儀器。邏輯分析儀的主要作用有二個(gè):一是用于觀察的形式顯示出數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行情況,相當(dāng)于擴(kuò)展了人們的視野,起一個(gè)邏輯顯示器的作用;二是對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行分析和故障診斷。

        一般的邏輯分析儀是由數(shù)據(jù)獲取和數(shù)據(jù)顯示兩大部分組成的。前者捕獲并存儲(chǔ)所要觀察分析的數(shù)據(jù),后者用多種形式顯示這些數(shù)據(jù)。在這里,關(guān)鍵是觸發(fā).它的作用是在被分析的數(shù)據(jù)流中按索特定的數(shù)據(jù)字。一旦發(fā)現(xiàn)這個(gè)數(shù)據(jù)字,便產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)去控制和存儲(chǔ)有效數(shù)據(jù)。因此,它決定了觀察的數(shù)據(jù)窗口在數(shù)據(jù)流中的位置。

        2.系統(tǒng)的功能

        本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是:

        (1)能產(chǎn)生8路可預(yù)置的循環(huán)移位邏輯信號(hào)序列,輸出信號(hào)為T(mén)TL電平,序列時(shí)鐘頻率為100Hz,并能夠重復(fù)輸出。

        (2)單次觸發(fā)采集存儲(chǔ)顯示,單次觸發(fā)方式是指在滿足觸發(fā)條件后,能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行一次采集、存儲(chǔ)。之后輸出通過(guò)DAC轉(zhuǎn)化為模擬電壓后輸出,在示波器上顯示出8路信號(hào),并能顯示觸發(fā)位置。

        (3)任意兩通道三級(jí)觸發(fā)存儲(chǔ)顯示,由鍵盤(pán)輸入8路中任意2通道的通道號(hào)及3級(jí)觸發(fā)字,當(dāng)指定通道的觸發(fā)字連續(xù)依次滿足時(shí),能對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行一次采集,存儲(chǔ),送DAC后輸出顯示。同時(shí)在屏幕上標(biāo)記出3級(jí)觸發(fā)字的位置。

        (4)顯示觸發(fā)字的位置,可以在模擬示波器顯示屏上對(duì)觸發(fā)字進(jìn)行標(biāo)記。

        (5)顯示可以移動(dòng)的光標(biāo),可以通過(guò)鍵盤(pán)的加、減控制光標(biāo)在水平方向的坐標(biāo)。

        (6)翻頁(yè)顯示,可以用鍵盤(pán)控制翻頁(yè)顯示,每隔32bit為一頁(yè)的內(nèi)容,擴(kuò)展了存儲(chǔ)深度。

        2.1主體控制模塊

        系統(tǒng)主控模塊包括最小系統(tǒng)和數(shù)字信號(hào)處理控制模塊。該模塊是硬件電路的核心,有如下兩個(gè)方案。

        方案一:以8031單片機(jī)為核心。但8031無(wú)片內(nèi)ROM,需外擴(kuò)EPROM(例如27526)作為程序存儲(chǔ)器。這樣會(huì)增加電路的復(fù)雜性。

        方案二:采用AT89C51單片機(jī)為主控制核心的雙CPU串行通信方式。AT89C51芯片,其內(nèi)部含有可重復(fù)編程的FLASH ROM,可進(jìn)行1000次檫除操作,在設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中可十分容易進(jìn)行程序的修改,達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)。利用存儲(chǔ)器(EEPROM)實(shí)現(xiàn)掉電存儲(chǔ)功能。從CPU系統(tǒng)即以89C2051為主的顯示模塊的控制。數(shù)字信號(hào)處理模塊主要是D/A轉(zhuǎn)換器件的選擇,我們選用性能優(yōu)良的DAC0832作為主控器件。該方案的特點(diǎn)是硬件簡(jiǎn)單,軟件實(shí)現(xiàn)方便,大大提高了系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

        2.2主控系統(tǒng)模塊的電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        該模塊主要由最小系統(tǒng)和信號(hào)采集處理電路組成。最小系統(tǒng)由一片AT89C51、一片AT89C2051及一片EEPROM(AT24C04)構(gòu)成。信號(hào)采集處理電路由運(yùn)放LM324組成的D/A電阻網(wǎng)絡(luò)組成。

        該模塊的設(shè)計(jì)思路是:由雙CPU系統(tǒng)控制對(duì)數(shù)字信號(hào)發(fā)生器輸出的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采樣存儲(chǔ),再經(jīng)過(guò)一系列的信號(hào)處理,在模擬示波器上復(fù)現(xiàn)出來(lái)。從模擬示波器波形顯示原理可知,只要在Y軸(縱軸)輸入一個(gè)電壓信號(hào),同時(shí)在X軸(橫軸)加上一個(gè)同頻的鋸齒波掃描電壓,便可在示波器上復(fù)現(xiàn)電壓信號(hào)的波形。為此必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的X、Y的輸出電壓信號(hào)。本設(shè)計(jì)在單片機(jī)的控制下,經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路D/A分別向示波器的X,Y軸輸出鋸齒波同步信號(hào)、被采樣波形信號(hào),以復(fù)現(xiàn)被采樣存儲(chǔ)的波形。在這,根據(jù)題目要求(8路信號(hào)通道,包括8位X通道和8位Y通道,)我們采用有8位輸出通道、兩級(jí)鎖存控制功能、能夠?qū)崿F(xiàn)多通道D/A的同步轉(zhuǎn)換輸出的DAC0832芯片。

        2.3 硬件的抗干措施

        ①配置去耦電容。電源輸入端跨接220UF的電解電容。在關(guān)鍵元件中串入0.1UF的無(wú)感瓷片電容或者云母電容。電容引線盡量短,減少高頻帶來(lái)的影響。

        ②其次,盡量加粗地線。

        3. 軟件設(shè)計(jì)

        軟件是本系統(tǒng)的靈魂,在設(shè)計(jì)軟件時(shí),我們從系統(tǒng)實(shí)用、可靠及方便使用幾方面予以考慮,特別加入了開(kāi)機(jī)自檢功能。系統(tǒng)軟件主要由四大功能模塊組成:①數(shù)據(jù)通訊及處理模塊;②鍵盤(pán)/顯示模塊;③波形發(fā)生模塊;④中斷服務(wù)模塊。

        軟件設(shè)計(jì)的其他特色:

        在軟件設(shè)計(jì)中加入了軟件抗干擾措施(采用軟件陷阱技術(shù))。

        ● 在程序區(qū)的斷層(即不使用的區(qū)域),以NOP指令填空,以保證因干擾而造成彈飛的程序盡快步入正常運(yùn)行軌道。

        設(shè)置軟件陷阱。用一條引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址。為增強(qiáng)捕獲效果,在它前面加入2條NOP指令

        3.1 系統(tǒng)軟件流程

        (a)、軟件主CPU程序流程圖如圖3-1示。

        主CPU通過(guò)跟從CPU及AT24C04的串行通信從而來(lái)完成數(shù)據(jù)的傳輸和通信。主要完成數(shù)據(jù)的采集,存儲(chǔ),顯示,系統(tǒng)變量的設(shè)置等功能。

        系統(tǒng)初始化是對(duì)系統(tǒng)所用到的變量、定時(shí)器、中斷方式等進(jìn)行設(shè)置。然后判斷是否進(jìn)行聯(lián)機(jī)測(cè)試,是的話,系統(tǒng)開(kāi)始串行通信,進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。并進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置即:設(shè)置門(mén)限電壓,設(shè)置觸發(fā)方式,設(shè)置時(shí)間軸位置。設(shè)置門(mén)限電壓:電壓從(0.25V—4V)16級(jí)變化,可以通過(guò)軟件設(shè)定某個(gè)門(mén)限電壓,就是將某個(gè)電壓值設(shè)為標(biāo)準(zhǔn),超過(guò)這個(gè)電壓視為高電平,反之則為低電平。設(shè)置兩種不同的觸發(fā)方式即:?jiǎn)渭?jí)觸發(fā)還是三級(jí)觸發(fā),先選擇是何種觸發(fā)方式,若是單級(jí)觸發(fā),設(shè)置單級(jí)觸發(fā)字,若符合要求,則觸發(fā)在LED上顯示SUCESS,并送示波器顯示8路觸發(fā)的波形。若是三級(jí)觸發(fā)。即當(dāng)連續(xù)依次捕捉到設(shè)定的3個(gè)觸發(fā)字時(shí),開(kāi)始對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行一次采集、存儲(chǔ)與顯示,并顯示觸發(fā)點(diǎn)位置。3級(jí)觸發(fā)字可任意設(shè)定(例如:在8路信號(hào)中指定連續(xù)依次捕捉到兩路信號(hào)11、01、00作為三級(jí)觸發(fā)狀態(tài)字)。若符合要求,則觸發(fā)在LED上顯示SUCESS,并送示波器顯示8路觸發(fā)的波形。設(shè)置時(shí)間軸位置:就是在八路波形的某個(gè)垂直位置設(shè)置一條時(shí)間軸,可以將觸發(fā)的波形存儲(chǔ)在AT24C04中,實(shí)現(xiàn)了波形的存儲(chǔ)

        4.總結(jié)

        系統(tǒng)采用雙CPU控制方式,以AT89C51單片機(jī)為核心,用AT89C2051輔助控制顯示及鍵盤(pán),由數(shù)字信號(hào)發(fā)生器、系統(tǒng)主控制器、鍵盤(pán)/顯示三大模塊組成,實(shí)現(xiàn)8路可預(yù)置的循環(huán)移位邏輯信號(hào)序列的產(chǎn)生、采集、存儲(chǔ)及在模擬示波器上清晰穩(wěn)定地顯示等功能。采用EEPROM實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的掉電存儲(chǔ),掉電后仍可保存所采樣的信息。本設(shè)計(jì)的軟件、硬件都采用模塊化的設(shè)計(jì)方法,提高了設(shè)計(jì)效率。

        參考文獻(xiàn)

        [1]? 簡(jiǎn)易邏輯分析儀設(shè)計(jì)報(bào)告,文章來(lái)源:廣東工業(yè)大學(xué)五山校區(qū)信息工程學(xué)院,作者:鄭士源、陳真華、林慶華

        [2]? 邏輯分析儀原理與應(yīng)用,出版社:人民郵電出版社,作者: 顧乃紱? ?孫續(xù)

        [3]? 大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)、第五屆全國(guó)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編北京:北京理工大學(xué)出版社2003

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