文档介绍：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 1 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 ~ 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 。2 图1 系统框图 3 设计原理分析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 1K Ω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。 3 人机界面电路设计 KEY2 KEY3 KEY4 KEY5 P03 P04 P05 P06 . .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。 GND 1 VCC 2 VO 3 RS 4 WR 5 EN 6 D0 7 D1 8 D2 9 D3 10 D4 11 D5 12 D6 13 D7 14 PSB 15 NC 16 RST 17 NC 18 BLA 19 BLK 20 J4 12864 R3 2K +5 +5 C5 P22 P21 P20 . . 图4 LCD 显示接口电路 LCD 显示接口电路如图 4 所示,此模块用来显示需要显示的数据,电位器 R3 用于调节液晶的对比度。 LCD 采用采用字符式 FM12864M-12L 型 LCD ,为节约 I/O 口,以串行方式与单片机连接。 LS1 SPEAKER Q1 8550 +5 R7 100 R11 1K P17 . .图5 蜂鸣器驱动电路 4 蜂鸣器驱动电路如图 5所示,选用三极管 Q1 为 PNP 型三极管,三极管基极电阻 R1 1为1kΩ, 因为单片机的灌电流能力强于拉电流能力,因此采用 PN P型三极管, 蜂鸣器采用 5V 有源蜂鸣器。三极管连接到单片机的 P17 口,当 P17 输出为低电平时,蜂鸣器响。逻辑电平控制电路设计逻辑分析仪主要作用在于时序判定,通常只显示两个电压(逻辑 1和0),因此设定了参考电压后,逻辑分析仪将被测信号通过比较器进行判定,高于参考电压者为高电平,低于参考电压者为低电平,在高电平与低电平之间形成数字波形。逻辑电平控制电路用于控制输入信号的门限电平,输入信号经过逻辑电平控制电路以后再连接到单片机的 I/O 口, 主要有电压比较器和数模转换器构成,电路如图 6所示。逻辑分析仪被测信号路数为 4路,采用 4个电压比较器和一片数模转换器实现逻辑电平控制,电压比较器采用 LM393 ,因为采用OC输出, kΩ的上拉电阻。 4 路输入信号的门限电平由数模转换器控制,为了使 4 路输入信号的门限电平一致,四片电压比较器的反向输入端接在一起,并连接到数模转换器的输出端。数模转换器 U2 换用 TLC5615 来实现, TCL5615 为十位串行数模转换器,控制方便,并节约单片机的 I/O 口,数模转换器的参考电压由 U2 的6 脚输入,稳定的参考电压为 ,由 TL431 产生。 5 8 4 8 4图6 逻辑电平控制电路供电电源电路设计 R8 1K D5 LED