基于51單片機的簡易邏輯分析儀設(shè)計

1、 本科生畢業(yè)設(shè)計報告學(xué) 院 物理與電子工程學(xué)院 專 業(yè) 電子信息工程設(shè)計題目： 基于51單片機的 簡易邏輯分析儀設(shè)計 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 （姓名及職稱）班 級 學(xué) 號 完成日期： 年 月基于51單片機的簡易邏輯分析儀設(shè)計 物理與電子工程學(xué)院 電子信息工程 摘要本設(shè)計完成了一種能進行數(shù)字電路中多路數(shù)據(jù)測試的簡易邏輯分析儀。它以51單片機控制核心，數(shù)模轉(zhuǎn)換器為邏輯信號門限電平控制電路，用按鍵和 12864LCD作為人機交互界面，采用C51進行模塊化編程，實現(xiàn)了四路信號的測試，具有成本低，使用方便等特點。 關(guān)鍵詞數(shù)字電路 單片機 數(shù)模轉(zhuǎn)換器 邏輯分析儀1 設(shè)計任務(wù)與要求本設(shè)計的主要任務(wù)及參數(shù)指標是：

2、數(shù)據(jù)位數(shù)4位，存儲深度80字；數(shù)據(jù)速率最高1kHz；輸入阻抗大于50k；邏輯信號門限電平在1.0V4.0V 范圍內(nèi)按8級任意設(shè)定。2 設(shè)計方案本系統(tǒng)采用51單片機為控制核心，系統(tǒng)由單片機系統(tǒng)、邏輯電平控制、按鍵、LCD顯示、系統(tǒng)電源等模塊構(gòu)成。被測數(shù)據(jù)輸入到邏輯電平控制模塊，然后進行單片機進行測試，按鍵用于控制邏輯信號門限電平的大小，系統(tǒng)電源為各模塊供電，各模塊的供電電壓為5V。圖1 系統(tǒng)框圖3 設(shè)計原理分析3.1 單片機系統(tǒng)電路設(shè)計圖2 單片機系統(tǒng)電路單片機系統(tǒng)為邏輯分析儀的核心，負責(zé)控制邏輯分析儀的邏輯電平、檢測按鍵并驅(qū)動LCD進行顯示。單片機系統(tǒng)電路如圖2所示，由晶體振蕩器Y1、電容C3

3、和C4構(gòu)成振蕩器電路，為單片機提供時鐘信號。電容C1、電阻R2和R1、按鍵KEY1構(gòu)成單片機復(fù)位電路，高電平復(fù)位，當按鍵KEY1按下的時間超過2個機器周期以上時，單片機就執(zhí)行復(fù)位操作。EA接高電平，單片機首先訪問內(nèi)部程序存儲器。J1為1K的排阻，作為P0口的外部上拉電阻。在硬件制作時為了方便單片機的測試和功能的擴展，把所有的I/O口均通過排針引出。3.2 人機界面電路設(shè)計圖3 按鍵控制電路按鍵控制電路如圖3所示，用于控制邏輯分析儀的工作狀態(tài)，如采樣率改變、邏輯電平的調(diào)整等等，單片機通過檢測按鍵對應(yīng)的I/O口是否為低電平來判斷按鍵是否按鍵，為了防止干擾，應(yīng)在單片機的按鍵檢測程序中加入延時函數(shù)。圖

4、4 LCD顯示接口電路LCD顯示接口電路如圖4所示，此模塊用來顯示需要顯示的數(shù)據(jù)，電位器R3用于調(diào)節(jié)液晶的對比度。LCD采用采用字符式FM12864M-12L型LCD，為節(jié)約I/O口，以串行方式與單片機連接。圖5 蜂鳴器驅(qū)動電路蜂鳴器驅(qū)動電路如圖5所示，選用三極管Q1為PNP型三極管，三極管基極電阻R11為1k,因為單片機的灌電流能力強于拉電流能力，因此采用PNP型三極管，蜂鳴器采用5V有源蜂鳴器。三極管連接到單片機的P17口，當P17輸出為低電平時，蜂鳴器響。3.3 邏輯電平控制電路設(shè)計邏輯分析儀主要作用在于時序判定，通常只顯示兩個電壓（邏輯1和0），因此設(shè)定了參考電壓后，邏輯分析儀將被測信

5、號通過比較器進行判定，高于參考電壓者為高電平，低于參考電壓者為低電平，在高電平與低電平之間形成數(shù)字波形。邏輯電平控制電路用于控制輸入信號的門限電平，輸入信號經(jīng)過邏輯電平控制電路以后再連接到單片機的I/O口，主要有電壓比較器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，電路如圖6所示。邏輯分析儀被測信號路數(shù)為4路，采用4個電壓比較器和一片數(shù)模轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)邏輯電平控制，電壓比較器采用LM393，因為采用OC輸出，所以輸出端均連接上了5.1k的上拉電阻。4路輸入信號的門限電平由數(shù)模轉(zhuǎn)換器控制，為了使4路輸入信號的門限電平一致，四片電壓比較器的反向輸入端接在一起，并連接到數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出端。數(shù)模轉(zhuǎn)換器U2換用TLC5615來實現(xiàn)，

6、TCL5615為十位串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器，控制方便，并節(jié)約單片機的I/O口，數(shù)模轉(zhuǎn)換器的參考電壓由U2的6腳輸入，穩(wěn)定的參考電壓為2.5V，由TL431產(chǎn)生。圖6 邏輯電平控制電路3.4 供電電源電路設(shè)計圖7 供電電源電路系統(tǒng)采用5V供電，供電電源電路由LM7805完成，電路如圖7所示。J11為供電電源電路的輸入端，D3為了防止反接，C6、C7為輸入濾波電容，C8、C9為輸出濾波電容，D5為電源指示燈，R8為電源指示燈的限流電阻。4 系統(tǒng)軟件設(shè)計圖8 設(shè)計流程圖設(shè)計流程圖如圖8所示，電路焊接完成先進行硬件的調(diào)試，然后進行程序的編譯和軟硬聯(lián)合調(diào)試。硬件調(diào)試先不放置芯片，通過萬用表驗證PCB與原理圖的一

7、致性，如果發(fā)現(xiàn)有不一致的地方，查找原因，直到解決問題為止。然后進行加電測試，分別測試主要關(guān)鍵點的電壓是否和原理一致，單獨驗證每個模塊電路的正確性。硬件驗證通過后進行程序的編輯與調(diào)試，直到最終設(shè)計作品工作為止。4.1 設(shè)計過程所用儀器1、DF1731SC2A直流穩(wěn)壓電源2、UT805A萬用表3、PC機4.2 軟件設(shè)計工具和平臺采用Keil uVision4集成開發(fā)環(huán)境作為軟件開發(fā)平臺，用C語言對單片機編程實現(xiàn)系統(tǒng)各功能，并進行整體軟件系統(tǒng)調(diào)試。采用RS232串口為單片機進行程序下載，由于電腦沒有RS232串口，因此使用CH341T完成USB轉(zhuǎn)RS232，RS232連接到單片機串口完成程序的下載。

8、4.3 軟件設(shè)計思想系統(tǒng)采用分模塊編程的思想，然后通過標志位來實現(xiàn)各個模塊之間的協(xié)調(diào)運行。此邏輯分析儀的模塊程序主要有數(shù)據(jù)采集模塊、邏輯電平控制模塊、按鍵檢測模塊、采樣率控制模塊、LCD顯示驅(qū)動程序等。4.4 軟件設(shè)計流程圖圖9 程序流程圖5 設(shè)計的結(jié)果圖10 邏輯分析儀PCB布線圖原理圖的繪制和PCB的設(shè)計使用Protel 99se來完成，PCB板的制作采用快速熱轉(zhuǎn)印技術(shù)來完成。在原理圖的繪制及PCB的設(shè)計過程中特別注意規(guī)范性，特別是PCB布線的一些規(guī)則，注意PCB走線、線距、線寬、空間布局等，合理選取接口，如圖10所示為邏輯分析儀PCB布線圖。圖11 多路數(shù)據(jù)邏輯分析圖圖12 邏輯電平設(shè)定

9、測試圖由于此邏輯分析儀為四通道，測試過程中，分別為每個通道加入被測邏輯電平，分別驗證，然后四個通道同時驗證，并測試邏輯電平設(shè)定等。測試結(jié)果表明，符合設(shè)計要求。6 總結(jié)采用51單片機為控制核心，數(shù)模轉(zhuǎn)換器加電壓比較器構(gòu)成邏輯電平控制電路，LCD組成顯示界面等，可以有效的構(gòu)成簡易邏輯分析儀的硬件系統(tǒng)，使用EDA開發(fā)工具可以縮短建議邏輯分析儀設(shè)計的時間，使用模塊化編程的思想有利于程序的調(diào)試和可讀。通過對簡易邏輯分析儀的設(shè)計，可以加深對系統(tǒng)設(shè)計思想的認知，初步具備電子設(shè)計的能力。 參考文獻1 龐利會,鄧先榮,王軍鋒等.邏輯分析儀的設(shè)計與實現(xiàn)J.電力自動化設(shè)備,2012,32(9):149-152.2

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11、R 單片機中的應(yīng)用J.河南科技學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）,2011,39(4):94-97.8 李建波,高立新.串行數(shù)模轉(zhuǎn)換器TLC5615的原理及其Proteus仿真設(shè)計J.福建電腦,2008,(10):21,3.9 孫凌燕,黃允千.Proteus與Keil軟件的整合在單片機實驗開發(fā)中的應(yīng)用J.實驗室研究與探索,2008,27(4):59-61,68.10 馬剛,李向倉.用Proteus與Keil整合構(gòu)建單片機虛擬仿真平臺J.現(xiàn)代電子技術(shù),2006,29(24):129-131.11 伍馮潔,謝陳躍,謝斌等.Proteus與Keil在單片機開放性實驗中的應(yīng)用J.電子測量技術(shù),2008,31(6)

12、:100-103,107.12 黃克亞.淺談自制51單片機編程器方法和策略J.黑龍江科技信息,2009,(25):11.13 邱寧.利用USB總線的虛擬邏輯分析儀J.自動化儀表,2003,24(9):21-24.14 胡昆霖,李冶,左向利等.基于LabVIEW和FPGA的多通道虛擬邏輯分析儀的設(shè)計J.電子技術(shù)應(yīng)用,2012,38(11):91-93.15 李麗煥.電壓比較器電壓傳輸特性的繪制J.中國科技縱橫,2013,(2):212.16 周宦銀,呂子勇,馬果花等.電壓比較器實驗研究J.實驗技術(shù)與管理,2012,29(3):42-44.17 陳旦花.單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用J.無線互聯(lián)科技,

13、2012,(10):103-104.18 景小健,尹清華,陳清林等.MG-12864液晶顯示器在智能儀表中的應(yīng)用J.化工自動化及儀表,2003,30(6):62-64.19 李志廣,李曉泉,淮俊霞等.中文圖形12864點陣液晶顯示模塊與51單片機的并行接口電路及C51程序設(shè)計J.現(xiàn)代顯示,2008,(7):41-44.20 潘大偉,黃璞.基于12864 LCD的波形顯示系統(tǒng)的研制J.儀器儀表用戶,2008,15(3):28-29.The design of simple logic analyzer based on 51 single chip Wang Shu Shool of physi

14、cs and electronic engineering 1230S007AbstractIn this paper,a simple logic analyzer which can multiplex data in digital circuit test is designed. It takes 51 single-chip microcomputer to control the core.The digital to analog converter is used as a logic signal threshold level control circuit.The an

15、alyzer uses keyboard and 12864LCD as the man-machine interface, and modular programming with C51.It can test quadruplex signal with low cost,and uses conveniently.KeywordsDigital circuit SCM Microcontroller DAC Logic Analyzer附一：源程序#include <reg52.h>#include "lcd.h" #include "tlc

16、5615.h"#include "tlc1549.h"#define count 50000 #define TH_M1 (65536-count)/256 /T0 (Mode 1)計數(shù)高8位#define TL_M1=(65536-count)%256 /T0 (Mode 1)計數(shù)低8位 code uchar Display18="門限電平"code uchar Display210="輸出電壓為"sbit KEY1 = P03;sbit KEY2 = P04;sbit KEY3 = P05;sbit KEY4 = P06

17、;sbit P13=P13;sbit P14=P14;sbit P15=P15;sbit P16=P16;unsigned int uiVoltage_ADC,uiVoltage_DAC; /uiVoltage：LCD顯示用，無小數(shù)點float fVoltage_DAC;/定義實際需要輸出的電壓xdata unsigned char iCount=0; / 采樣個數(shù)設(shè)置，這里設(shè)置為16次xdata unsigned char result_Port1416=0;xdata char port1_Flag=0;xdata char key12Flag=0;xdata char TR0Flag=0

18、;xdata unsigned char key1=0;/控制顯示屏上的列標記xdata unsigned char port_14=1,2,3,4;char flay_a = 1;unsigned int Sample_Voltage(void);void Delay_1ms(int);/毫秒級延時函數(shù)void Control_DAC(void);/聲明調(diào)整輸出電壓函數(shù)void displayPort1_in_LCD(unsigned char p, unsigned char i,unsigned char j);void displayPort1_in_LCD_by_Flush(unsi

19、gned char *p,unsigned char key);void put_and_Display_Voltage(); /當DA的電壓設(shè)定發(fā)生改變時調(diào)用該函數(shù) void control_TR0_By_KEY3(); /通過按鍵KEY3控制采樣的結(jié)束void display_Sample_Result(); /顯示16次采樣的結(jié)果函數(shù)void Sys_key();/*函 數(shù) 名：主函數(shù)功能說明：調(diào)用函數(shù)：入口參數(shù)：出口參數(shù)：說 明：*/void main()LCD_init();/初始化LCDLCD_Clear();/LCD清屏/T0_init();port1_Flag=0;key12F

20、lag=0;/禁止按鍵key1和key2工作TR0Flag=0;/ 禁止Time0工作TR0=1; /開啟Time0工作fVoltage_DAC = 2.5;/put_and_Display_Voltage();/Delay_1ms(20);DAC_TLC5615_Voltage(fVoltage_DAC);while(1) if(flay_a=0) port_10=(char)P13; port_11=(char)P15;port_12=(char)P14; port_13=(char)P16;displayPort1_in_LCD_by_Flush(&port_1,key1%8);

21、 key1+; key1=key1%128;/ Delay_1ms(500);/ flay_a=1;/ Sys_key();if(KEY1=0)/增加DAC電壓，Delay_1ms(10);if(KEY1=0)while(!KEY1);fVoltage_DAC=fVoltage_DAC+0.5;if(fVoltage_DAC>4.0)fVoltage_DAC = 1.0; /IE=0x00;flay_a=1;/ TR0Flag=1; /按一次就開始采樣，再按一次就結(jié)束采樣； if(KEY3=0)/減DAC電壓，Delay_1ms(10);if(KEY3=0)while(!KEY3);fV

22、oltage_DAC=fVoltage_DAC-0.5;if(fVoltage_DAC<1.0)fVoltage_DAC = 4.0; flay_a=1;/IE=0x00;/ key12Flag=1; if(flay_a=1) put_and_Display_Voltage(); flay_a=0; /*函 數(shù) 名：Display_Voltage功能說明：顯示電壓，整數(shù)調(diào)用函數(shù)：LCD_Pos Send_Data Write_LCD 入口參數(shù)：Voltage（帶顯示電壓*1000倍以后的值） x,y（從LCD的坐標x,y處開始顯示）出口參數(shù)：無說 明：顯示范圍為0-9999 列：當Vol

23、tage=1234時，顯示1.234V*/void Display_Voltage(unsigned int Voltage,char x,char y)code uchar Display_Dot1="."code uchar Display_Unit1="V"LCD_Pos(x,y);Write_LCD(Voltage/1000+0x30,1);Send_Data(Display_Dot,1);/顯示小數(shù)點Write_LCD(Voltage%1000/100+0x30,1);Write_LCD(Voltage%100/10+0x30,1);Write

24、_LCD(Voltage%10+0x30,1);Send_Data(Display_Unit,1);/顯示單位/*函 數(shù) 名：Sample_Voltage功能說明：帶有濾波功能的電壓測量調(diào)用函數(shù)：ADC_TLC1549入口參數(shù)：無出口參數(shù)：Votlage（測量濾波后的電壓）說 明：*/unsigned int Sample_Voltage(void)double Filt_Tab3=0;char Flag_Filt_Tab = 0; unsigned int Tab_Vol30 =0,k=0,Votlage = 0;double Sum = 0;char i=0,j=0;/平均值 濾波/for

25、(i=0;i<30;i+)Tab_Voli= ADC_TLC1549();for(j=0;j<30;j+)for(i=0;i<30-j;i+)if(Tab_Voli>Tab_Voli+1)k=Tab_Voli;Tab_Voli=Tab_Voli+1;Tab_Voli+1=k; for(i=0;i<10;i+)Sum +=Tab_Voli+10;/取中間二十組數(shù)據(jù)Sum = Sum/10;/平均濾波后的值Votlage =(unsigned)(Sum/1024.0*3770); /擴大1000 /需要一階滯后濾波時把Sum修改成Filt_Tab2并取消屏蔽retur

26、n Votlage;/*函 數(shù) 名：Delay_1ms功能說明：毫秒級延時函數(shù)調(diào)用函數(shù)：入口參數(shù)：x：延時x毫秒出口參數(shù)：說 明：*/void Delay_1ms(int x)int i,j;for(i=0;i<x;i+)for(j=0;j<120;j+); /把p1.3，p1.4,p1.5,p1.6在液晶中進行顯示，每行顯示一組數(shù)據(jù)void displayPort1_in_LCD(unsigned char p, unsigned char i,unsigned char j) LCD_Pos(i,j);/設(shè)置顯示位置為第i行的第j個字符 Write_LCD(p+0x30,1);

27、 /一次顯示四個電平值，顯示在一列。 P13,P15,P14,P16/ 參數(shù)p0=P13,p1=P14,p2=P15,p3=P16;/參數(shù)key是要顯示的列標，最大是15，最小是0；void displayPort1_in_LCD_by_Flush(unsigned char *p,unsigned char key) / LCD_Clear(); displayPort1_in_LCD(p0,0,key); displayPort1_in_LCD(p1,1,key); displayPort1_in_LCD(p2,2,key); displayPort1_in_LCD(p3,3,key);/

28、輸出并顯示電壓函數(shù) void put_and_Display_Voltage() /把DA變換的初始電壓顯示在LCD上，也可以換成提示輸入按鍵 LCD_Clear();/LCD清屏 LCD_Pos(1,1); Send_Data(Display1,8); DAC_TLC5615_Voltage(fVoltage_DAC);/DAC輸出電壓 uiVoltage_DAC = fVoltage_DAC*1000;/uiVoltage_DAC：LCD顯示用 Display_Voltage(uiVoltage_DAC,2,5); /顯示輸出電壓 Delay_1ms(1000); LCD_Clear();

29、/LCD清屏 void control_TR0_By_KEY3() if(KEY3=0)/增加DAC電壓，Delay_1ms(10);if(KEY3=0)while(!KEY3); TR0Flag=1; /按一次就開始采樣，再按一次就結(jié)束采樣； void display_Sample_Result() /表示采樣結(jié)束，可以進行顯示 port_10=result_Port10key1;port_11=result_Port11key1;port_12=result_Port12key1;port_13=result_Port13key1;/key1=key1%16;displayPort1_in

30、_LCD_by_Flush(&port_1,key1%8) ;Delay_1ms(500); key1+; if(key1=8)/ 刷屏一次 LCD_Clear();if(key1=16) /刷屏一次/ port1_Flag=0; LCD_Clear(); key1=0; /數(shù)據(jù)顯示完畢，可以進行下一次采樣，啟動Time0中斷/ IE=0x82; void Sys_key() if(KEY1=0)/增加DAC電壓，Delay_1ms(10);if(KEY1=0)while(!KEY1);fVoltage_DAC=fVoltage_DAC+0.5;/IE=0x00;flay_a=1;/

31、TR0Flag=1; /按一次就開始采樣，再按一次就結(jié)束采樣； if(KEY3=0)/減DAC電壓，Delay_1ms(10);if(KEY3=0)while(!KEY3);fVoltage_DAC=fVoltage_DAC-0.5;flay_a=1;/IE=0x00;/ key12Flag=1; #include"lcd.h"/*函 數(shù) 名：LCD_init功能說明：LCD初始化子程序調(diào)用函數(shù)：Write_LCD入口參數(shù)：出口參數(shù)：說 明：*/void LCD_init(void)CS =1;SID =0; CLK=0;/RST = 1;/PSB = 0; Write_L

32、CD( 0x30,0 );/功能設(shè)置，一次送8位數(shù)據(jù)，基本指令集 / delay( 50 );Write_LCD( 0x30,0 );/功能設(shè)置，一次送8位數(shù)據(jù)，基本指令集 / delay( 40 ); Write_LCD( 0x0c,0 );/0000,1100 整體顯示，游標off，游標位置off/ delay( 50 ); Write_LCD( 0x01,0 );/0000,0001 清DDRAM / delay( 10000 ); Write_LCD( 0x02,0 );/0000,0010 DDRAM地址歸位/delay( 50 );/ delay( 50 ); Write_LCD(

33、 0x80,0 );/1000,0000 設(shè)定DDRAM 7位地址000，0000到地址計數(shù)器AC/ / delay( 150 );Write_LCD( 0x06,0 );/*函 數(shù) 名：Write_LCD功能說明：寫液晶子程序調(diào)用函數(shù)：入口參數(shù)：word(要寫的內(nèi)容)dat(1為數(shù)據(jù)，0為指令)出口參數(shù)：說 明：*/void Write_LCD(uchar word,uchar dat)uchar lcddat3;uchar i,j,k;lcddat0 = ( 0xf8+(dat<<1) );/第一個字節(jié)lcddat1 = ( word&0xf0 ) ; /第二個字節(jié) 內(nèi)

34、容的高四位+0000lcddat2 = ( (word<<4)&0xf0 ) ;/第三個字節(jié) 內(nèi)容的第四位+0000CS = 0;CS = 1;CLK = 0;for(i=0;i<3;i+)j = lcddati;for(k=0;k<8;k+)if( (j<<k)&0x80 )SID = 1; else SID = 0;/*時鐘下降沿寫入數(shù)據(jù)*/CLK = 1;CLK = 0; /*函 數(shù) 名：Send_Data功能說明：一次寫多個字符調(diào)用函數(shù)：Write_LCD入口參數(shù)：*data(要顯示的字符)num(顯示的字符個數(shù))出口參數(shù)：說 明：需要編程者自行判斷顯示的字符個數(shù)*/void Send_Data(unsigned char *date,char num)char j;for(j = 0;j<num;j+)Write_LCD(datej,1);/顯示字符 /*函 數(shù) 名：LCD_pos功能說明：設(shè)