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1、 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0.254V的31级可调，以适应各种输入信号；单片机最小系统由89C52、44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；
2、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。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
3、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。信号接收电路 方案一：为实现门限电压在0.254V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。 方案三：运用电位器是一种较好的方式，可以考虑数字电位器，数字电位器改变电压可以严格步进，且调节方便，用两个复位键即可。对输入信号的电压控制选用LM33
4、9电压比较器，通过调节数字电位器的阻值改变LM339比较端电压值，以达到0.25V4V的门限电压,适应不同的输入电压。综合以上方案，我们决定选用方案三。八路发送显示电路方案一：在示波器上同时显示八路信号，要经过权电阻网络，通过对不同权的电阻端置高低电平在公共端上产生叠加信号，通过计算分配权电阻网络各个电阻的阻值，使各路信号压降相同。八路信号的产生由单片机编程实现，可以采用分时复用的方法分时给各路送信号，但这样产生的信号经试验测试验正波形不连续，中间存在不确定状态，同一时间间隔内，只能观测到一路波形，不便于对输入信号的分析。方案二：单片机送信号时，采用扫描原理，通过对p3相应的口并行赋值产生连续
5、的信号，经过权电阻网络，叠加出16路不同电平的波形,具体电平如表1所示表一 8路电平12345678H4.3813.8313.1912.6331.9931.4360.7960.239L4.1473.5912.9512.3941.753 1.1970.5560.001根据人眼的惰性原理，可以产生8路清晰稳定的移位信号。总和以上内容，我们认为，方案二更合理，且电路简单，但电阻网络的电阻阻值计算需要一定技巧。二、系统结构示意图晶振4.096M 分频电路分频器CD4060十进制计数器74LS160移位寄存器74LS1942 信号置入电路信号发生连接线信号接收电路：数字电位器9511电压比较器3392u
6、pdw锁中心控制89c52信号采集存储键盘控 制LED显示锁存信号：74ls373权电阻网络示 波 器显示三、电路原理与设计（一）、信号发生电路题目要求发生信号的时钟频率为100HZ,我们为了达到这一要求。经过论证考察，我们选择了以下器件：晶振 4.096M，分频器CD4060, 十进制计数器74LS160及其他电子电容等器件组成。CD4060可提供4,5,6,7,8,9,10,12,13,14十级分频，其内部结构如（图1）所示。由于本电路采用4.096M晶振，所以选用12分频，将4.096M分至1000HZ，工作原理如（图2）所示。（图1）（图2）这样就获得了1000HZ的频率，然后再运用7
7、4LS160将频率分至100HZ,其工作原理如下（图3）， （图3）至此，100HZ时钟信号已获得，实际电路时钟信号稳定可靠。预置信号的输入和8路移位信号的产生电路是由开关门，发光二极管（指示灯），74LS194，置位开关组成。下面是工作原理图示（图4）。（图4）注：D0,D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7为预置信号输入端，Q0,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7为信号发生部分的最终输出，接跳线。至此，信号发生电路完成，输出为TTL电平。（二）、8路输入电路8路输入电路需要输入阻抗大于50K,逻辑信号门限电压可以在0.25V4V范围内按16级变化，我们经过实验比较，选择了数字电位器
8、X9511和电压比较器LM339的组合方式，使变化级数扩展到31级，电压稳定可靠，达到了很好的效果。X9511是一个理想的按钮控制的电位器，包含由31各电阻阵列，在每个单元之间和任一端都有可以被滑动单元访问的抽头点，滑动单元的位置由/PU,/PD输入端控制，滑动端的位置可以被储存在一个E2PROM中，因此再下次重新上电时可以被重新调用。图5是9511的一般工作电路图。 （图5）在本设计中，还用到了VW和VL端，通过改变VW和VL两端的阻值改变LM339的基准电压。在考虑x9511的5，6脚的接所接电阻是我们做了很多种方案：方案一:在WL端下拉一个电组，如经验证，无法达到很好的步进，电阻阻值不易
9、确定。不能步进使电压在0.254V级变。方案二：数字电位器串接一个二极管，这样高压为50.7=4.3V,之下步进很好。但是这样将有一个比较大的电流灌入数字电位器，而9511的最大滑动端电流为1mA这样电位器将被烧坏，所以方案二也不恰当。方案三：经过反复的计算和验证，决定出现在使用的电路结构，即VW端上拉一个2K的电阻，WL端下拉一个120欧的电阻。这样步进在0.25V4V范围内，而且步进比较均匀。能够很好的完成门限电平的工作，输出标准的TTL电平，供单片机p1口采集。（三）、CPU控制部分本系统采用单片机最小系统板为核心，p1循环采集8路经数字电位器处理后的标准TTL电平.如何让8路输入波形同
10、时显示成为控制部分的核心.我们采用的方法是同时读入这8路数据,由于单片机的读取速度远大于题目要求的100Hz,所以有足够的时间可以实现对于输入信号的判错操作，我们采用的方法是读三个信号，两两相减，当完全相等时才认为是一个有效信号，否则进行重新采样输入。在输出时，为了保证输出的同步，我们采用了P3口直接输出，具体地说，我们用MOV P3, #命令实现了各信号的同时输出。这样，利用电视机的扫描原理，我们从第8路到第1路很同步的送出信号,而两个点之间的间隔, 在电平上,等于两路信号的电压差,在时间上,等于2条机器指令的执行时间间隔,即0.2微秒,这样,在示波器上观察到的波形,由于同一路每两个点的间隔
11、差只有16微秒时间间隔,在100Hz频率下,利用人眼的视觉惰性,完全满足了波形的连续性要求,而连续发一路然后再发第二路的方法,在100Hz频率下,不能实现波形的连续,所以,该方法大大优于对比方法.关于一级触发字部分,采用键盘控制加程序判断两级控制,即当键盘发出一级触发要求后,用程序判断每一次的采样信号(8路),当发现触发条件满足时，以100Hz进行波形的采集存储，存储深度为32bit，已经完成并超过了题目的要求。对于扩展部分采取的三级触发字控制，采用与上述同样的方法，只是多设了几位标志位判断。对于示波器的时间轴控制，采用的是全部送零的方法，使要求显示的点的位置处为暗，为了清楚显示，可以使附近几
12、个点都灭，这样非常清楚的区分了时间标志线和正常波形。同时，可以显示时间轴对应时刻的8路的状态。对于输出部分，我们采用了一个权电阻网络输出，用单片机的p3.0输出对应时刻的电平,p3.1p3.4,p3.5接权电阻网络，这样通过这四条线的控制，共可调制出16种不同的电压组合，所以实现了8路的输出。我们用EWB仿真得到这四个口线上所加的电阻的分布如下：P3.0: 10K ; P3.1: 4.3k ; p3.4：2k ; p3.5：1k（四），调试与总结本设计调试方式为逐级调试，分别是时钟信号，信号发生端8路输出，信号接收端339输出，基准电压，单片机口线。使每一级调试达到最好。本设计电源采用稳压5V
13、电源。经过调试和计算，本设计达到的设计要求情况如下了：(1)能产生8路可预置的循环移位逻辑序列，输出信号为TTL电平，序列时钟为标准100HZ，能够重复控制。(2)、能够用模拟示波器清晰的显示所采集的8路信号波形，并显示触发点位置。(3)8路输入电路的输入阻抗大于50K欧，逻辑门限电压可在0.25V4V范围内按16级变化，可使用各种输入电平。(4)每通道的深度做到了32BIT.(5)具有8路信号采集功能。并可设置单级触发字。在满足触发条件，可以进行一次存储。在示波器上可显示可以动的时间标志线。用LED显示。(7)可产生三级触发字，并对符合条件者进行一次采集存储。AbstractAccordin
14、g to the demand petition，the design is composed of three circuit blocks:the minist system of a single-chip microcomputer,steady voltage plug to realize particularly,the enclosed delivering and receiveing circuit.74ls160s produce frequency division machines accurate 100Hz clock signalses shift regist
15、er more than 74 LS in step, Make it production accord with topic shift the signal steadily by the request; Signal receive circuit at comparator lm339 , digital electric potential form by 9511wp, and input voltage of limit of door in 0.25 - 4 Vs can be adjusted in order to adapt to various kinds of i
16、ntroduction signals; the minist system of a single-chip microcomputer is composed by 89C52, keyboard, liquid crystalses, keyboards show etc. and forms single-chip computer minimum systems, In order to realize that controls the function; Export signals to form in the very obvious eight signal that distinguished of the oscillograph through the network of resistance of right at last; Electric power system have and stationary flow protect steady voltage function heavy power output offer by circuit by transformor.8