简易逻辑分析仪
一、方案论证及选择
1、系统总体框图如下：
整个系统由信号发生器部分、信号调理部分、ARM软件控制部分以及输出显示部分组成。

2、数字信号发生器模块
方案一：采用555定时器和可预置移位寄存器。

用两片74LS194A接成8位可预置循环移位寄存器，方波发生器提供一时钟信号给移位寄存器，预置数用8个按键接入（即循环序列），此方案简单可靠。

方案二：用PC 通过软件编程可以从并行口输出信号波形，不需要硬件电路，且设计灵活，但是不适合电子设计竞赛，并且PC体积大，携带不方便。

方案三：采用中规模FPGA，使用VHDL语言设计移位寄存器。

此方案可以实现精确定时产生信号，且信号频率可调，体积小, 但其显示电路占用资源多，这样设计出来的电路系统将大且复杂。

方案四：采用一片AT89C2051单片产生波形序列。

用单片机产生数字信号，设计简单，设置灵活，频率调节方便。

综合分析上述各方案，比较其优缺点，本系统有其固定的频率要求，故选用最简单的方案一。

3、门限电压分级部分
方案一、采用单片机软件控制分级输出不同的电压值，给到比较器的反相端。

该方案简单、且输出电压精确。

方案二、用单片机产生一路PWM波，再经过两级RC低通滤波可得到直流电压，通过控制PWM波的占空比来改变电压值，达到分级效果。

该方案RC滤波得到的电压不稳定，且有纹波。

方案三、直流电源供5V电压，采用电阻、电位器进行一级一级的分压，以实现分级效果。

该方案电路复杂，且电位器调节比较难。

方案四、采用数字式电位器，由单片机结合相应的外围电路进行控制，以实现分压。

采用程控方式，得到的电压精确且稳定。

鉴于本系统软件程序较多，ARM内部仅两个DA，故选择方案四以避免使用单片机内部DA。

二、硬件部分单元电路
1、数字信号发生器电路
该部分采用了555定时器产生一定频率的时钟信号，通过改变滑动变阻器阻值可实现频率在一定范围内可变，定时器后接一个非门以增强后级驱动能力。

定时器产生的方波信号作为双向移位寄存器74LS194的输入时钟，利用74LS194的两个控制端（S0，S1）来产生八路可预置的循环移位逻辑信号序列。

当按键SW2按下时，74LS194将按键的逻辑状态输入移位寄存器，送入移位寄存器的这组数值便在时钟的控制下循环移位。

2、信号调理部分
由移位寄存器产生的逻辑信号经过电压比较器LM339，与一可调门限电压进行比较，并输出TTL逻辑电平。

这些电平信号输入到单片机与用户自己设置的触发状态字进行比较进而输出题目要求采集的信号。

由于LM339输出的信号电平为5V，而单片机可承受的电压最大为3.3V，故需在LM339后进行光耦隔离以防止外部设备给过大的电流给单片机，同时也达到降压的效果。

此外，LM339比较器足以达到50k的输入阻抗要求。

3、门限电压控制部分
数字电位器和机械电位器相比，不但具有耐冲击、抗振动、噪声小、使用寿命长等优点，而且更重要的是它不用手工调节，而有数字信号进行控制。

它可以方便地与计算机接口，由编程实现电阻的改变，从而实现操作自动化。

X9C103数字式电位器，最小电阻为40Ω，最大电阻为10k，滑动端增量101Ω，共99个电阻单元，给芯片提供+5V的电压，则电位器每一阶步进电压为0.0505V。

单片机每给数字式电位器一个脉冲，电位器步进一阶，电压变化0.0505V，通过控制2号引脚以实现增减控制。

用单片机给1号引脚输入脉冲，每次连续给五个脉冲，从而实现步进为0.2525V。

该部分能实现0~5V门限电压变化，还可以改变其步进。

4、加法电路
由单片机产生的锯齿波各点的值均为正值，而根据要求，我们需要得到正负值对称的锯齿波，才能使得示波器整个屏幕均扫描到，采用加法电路（求和电路）可以达到这点。

在单片机与加法器之间加一级跟随起隔离作用。

三、软件设计部分
1、触摸屏布局
单片机显示屏为触摸显示，通过在软件上对触摸屏不同位置进行设置，设置不同的功能，以实现功能切换。

触摸屏布局如下：
2、欲在示波器上显示一特定波形，需将示波器置于XY显示模式，并在X
（本系统采轴和Y轴同时加电压。

在X轴上加上与时间t成正比的线性电压V
x
用锯齿波），Y轴则加上想要显示的特定信号的电压V
，则在荧光屏上将显示以
y
的波形。

在示波器上显示多路波形的原理与显X-Y为坐标的波形即被测信号V
y
示一路波形基本是一样的，在Y轴周期性地加上所要显示的几路信号电压，只
要X轴的锯齿波扫描速度足够快，观察者就可以在示波器上同时看见几路信号。

根据上述原理，我们在示波器上显示触发位置以及可移动的时间标志线。

由单片机控制，当给Y轴方波信号而X轴根据触发信号给相应直流电压时，可以在示波器上下显示两个亮点用以表示触发位置；当给Y轴锯齿波信号而X轴给定不同直流电压时，可以实现可移动的时间标志线。

3、程序流程框图
四、测试方法与数据
1、测试仪器
直流稳压电源YB1732A 模拟示波器XJ4330
数字示波器SDS1102CFL 数字万用表UT39E
2、系统功能测试
（1）、数字信号发生器测试
用八路可锁定按键置入信号序列，能够重复输出循环移位的波形，改变按键
状态，输出信号随之变化。

例如预置为：00000101，产生的循环移位逻辑信号。

用双踪示波器观察任意相邻两路波形，波形显示如图：
（2）、门限电压测试
用万用表的5V 电压档测量X9C103的VW 端对地电压
由于该电位器最小阻值为40Ω，对应电压为0.02V ，且其每个单元电阻为101Ω导致电位器在五个脉冲下步进电压为0.2525V ，因而门限电压无法从0V 开始以0.25V 的步进增加，而是从0.2525V 开始以0.2525V 的步进增加。

门限电压相对误差δ—
=
=-
∑∑∑===%100*19
19
190i i
i i j
i U
U
U
1.78%
误差分析：给电位器VH 端的5V 电压是由直流稳压电源提供的，由于仪器精度问题实际提供的并不是精准的5V ，有一定的偏差。

同时数字电位器的单元电阻步进电压并不是精准的0.2525V ，而是经过四舍五入的数值，再经过步进累加后误差会逐渐增加。

（3）、数据采集测试
a 、单级触发测试
b 、三级触发测试
五、总结。