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《基于fpga的简易逻辑分析仪》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第34卷第12期电子工程师Vol.34No.122008年12月ELECTRONICENGINEERDec.2008基于FPGA的简易逻辑分析仪121左超,周金刚,崔长生(1.华中科技大学电子系,湖北省武汉市430074;2.华中科技大学电气学院,湖北省武汉市430074)摘要:在嵌入式开发调试中,逻辑分析仪可以很好地辅助开发人员进行断点、触发和跟踪等调试。本设计应用FPGA(现场可编程门阵列)芯片和Verilog硬件描述语言设计8位简易逻辑分析仪,在模拟示波器上显示可移动的时间标志线,并采用LED(发光二极管)显示时间标志线所对应时刻的8路输入信号逻辑状态。系
2、统以FPGA为控制核心,实现了FPGA与单片机的双工串行通信、触发控制、数据采集存储和示波器显示等功能。系统工作稳定可靠,测量结果准确无误。关键词:FPGA;逻辑分析仪;分时复用中图分类号:TM930.9挥了单片机控制功能优越的特性。0引言1.2存储模块选择逻辑分析仪是一种类似于示波器的波形测试设为了达到8路信号每个通道的存储深度为20bit,备,可以监测硬件电路工作时的逻辑电平(高或低),且触发位置可调,这就要求存储触发位置前若干位的并加以存储,用图形方式直观地表达出来,便于用户检信息。测、分析电路设计(硬件设计和软件设计)中的错误,方案1:在FPGA中用移位
3、寄存器对输入的数字逻辑分析仪是设计中不可缺少的设备,通过它可迅速信号进行移位存储,一旦触发条件满足,就将移位寄存地定位错误,解决问题,达到事半功倍的效果。器中存储的数字信号提取出来,即为触发点前的信息。此方案简单易行,但可扩展性较差,而且占用较多资源1方案论证与设计(按设计要求,至少需8个20bit的移位寄存器,如果1.1处理器的选择想要扩展存储位数,则需更多比特的移位寄存器)。方案1:采用MCS251单片机作为系统核心,要求方案2:利用FPGA内部的SRAM。从内部建立单片机除了完成基本的控制和分析处理外,还要完成RAM模块一直对外部的被测信号进行采样,并将采
4、样8路TTL数据的采集、存储和示波器的显示控制。虽值循环地存入此模块中的256字节RAM,当触发信号然单片机具有灵活的控制方式,但受到工作速率的影到来时,继续采样40个点,以保证RAM中存放着触发响,可能会使示波器显示屏幕抖动或者出现明显的回前后各40个点的采样数据,然后将此RAM中触发点扫线,从而难以达到较好的系统稳定性。后的20个数据全部写入显示模块。同时,将触发信号方案2:采用FPGA(现场可编程门阵列)作为控制到来时RAM的地址送显存模块。这样就可以很好地核心,即用FPGA完成信号采集、数据存储、触发控制对触发前后的各40个点的采样值进行寻址并显示。与示
5、波器的显示控制,控制部分以及人机交互同样利同时,深度扩展方式也很简单,只需在触发点后,保证用FPGA来实现。但是,FPGA系统逻辑复杂,易引入RAM写有效周期增加,便可完成更多数据的捕捉。不稳定因素。方案2明显优于方案1,因此选择方案2。方案3:采用FPGA作为逻辑判断核心、MCS251单2理论分析与参数计算片机辅助控制的方式。单片机完成信号发生,向FP22.1多级逻辑门限的设定GA发出8位移位信号,利用键盘向FPGA送触发字,按照设计要求,逻辑门限电压可在0.25V～4V同时利用LCD(发光二极管)实现人机交互功能。利范围内按16级变化,即最低电压为0.25V
6、,最高电压用FPGA实现逻辑判断、波形存储以及波形显示控制。为4V。按16级变化,所以其步长为0.25V。因此,该方案发挥了FPGA逻辑处理性能优越的特性,又发对应的16级门限电压为:0.25V,0.5V,⋯,3.75V,收稿日期:2008207210;修回日期:2008209216。4.00V。·4·第34卷第12期左超,等:基于FPGA的简易逻辑分析仪·测控技术·2.2存储深度按照设计要求,屏幕显示8路波形(即行数Z=8),每行位数m1=20位,每页存储深度M1=m1Z=20bit×8=20B。本设计扩展为存储页数为5页,故系统存储深度为:n=i∑Mi=nM
7、1=5×20B=100B(1)n=02.3扫描频率根据人眼视觉特性,当场频率fv≥50Hz时,无明显闪烁感。经过实践,发现250Hz时效果最佳。因此选择fv=250Hz。由于示波器要显示8路信号以及1图2信号调理电路条触发线、1条时间轴,所以要得到稳定的波形显示,改变输入的数字量D1就可以改变衰减器的衰减行频率为:倍数,从而达到控制比较器的门限电压。fH=9fv≥9×250Hz=2250Hz(2)3.4触发电路3主要电路设计触发电路的功能是当满足触发字条件后产生一个触发信号,用以控制采样电路。触发电路有3种触发3.1整体电路设计方式:序列触发、并行触发和直接触发
8、。其中,并行触由MCU产
