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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要逻辑分析仪( L o g i cA n a l y z e r ，简称L A ) ，作为在数字系统数据测试仪器中应用最为广泛、最重要、最具有代表性的一种通用测试仪器，为解决各种越来越复杂数字系统的检测和故障诊断提供了强有力的工具。虚拟测试仪器( V i a u a lI n s t r u m e n t ，简称V I ) 的出现和广泛使用，代表着目前测试仪器领域的发展方向，虚拟仪器将会逐渐的取代传统的测试仪器成为现代测试仪器的主流。而如今现场可编程逻辑门阵列( F i l e dP r o g r a m m a b l eG a t eA r r a y ，F
2、P G A ) ，具有功能强大，开发周期短、投资小，可反复编程、保密性好等优点，使其成为硬件设计的首要选择。本文首先简单地介绍了逻辑分析仪和虚拟仪器技术，深入剖析了逻辑分析的系统组成、工作机理与特点。由于虚拟仪器技术的核心在于硬件与上位机软件的结合，论文介绍了虚拟仪器特点、软硬软件构成、和虚拟仪器的编程语言。接着在对逻辑分析仪的工作原理及需求分析的基础上，比较确定了整体设计方案，即仪器由计算机端的上位机应用软件和逻辑分析仪硬件两大部分组成，上位机和硬件通过基于U S B 2 0 的U S B 接口进行通信。对系统的硬件部分作了具体设计，各个组成模块的设计方案进行了研究，包括探头模块、时钟模块、
3、延迟与锁存模块、毛刺检测模块、触发识别模块、存储控制模块、U S B 接口模块等。在具体设计中，课题主要利用F P G A 技术及一些相关的软硬件知识，完成了系统的各个模块的设计，实现了逻辑分析仪简单触发、计数触发、序列触发、延迟触发等多种触发方式，并分别进行了功能时序仿真和调试，保证了电路设计的正确性和可靠性。上位机软件采用虚拟仪器技术进行开发，通过基于U S B 2 0 的接口电路实现了和硬件的通信。最后对主要工作总结，指出系统能进一步改进和完善的地方。关键字：逻辑分析仪，虚拟仪器，现场可编程逻辑门阵列武汉理工大学硕士学位论文A b s t r a c tL o g i ca n a l
4、y z e r ( L A ) i so n eo ft h em o s tw i d e l y - u s e da n di m p o r t a n tg e n e r a l p u r p o s ei n s t r u m e n t si nd i g i t a ls y s t e mt e s t i n g I ts e t st h ee n g i n e e r sf r e ef r o mt h eh e a v yb u r d e no fm o n i t o r i n gt h em o r ea n dm o r ec o m p l i
5、c a t e dm o d e md i g i t a ls y s t e m sa n dd i a g n o s i n gt h ef a i l u r e s V i r t u a lI n s t r u m e n t ( v I ) i sd e v e l o p i n gr a p i d l yi nt h ea r e ao fi n d u s t r i a lt e s t i n ga n dr e p r e s e n t st h e f u t u r ed i r e c t i o nf o rt h et r a d i t i o n
6、 a lt e s t i n ge q u i p m e n t s F i e l dP r o g r a m m a b l eG a t eA r r a y ( F P G A ) b e c o m e so n eo ft h em o s tp o p u l a rp l a t f o r m sf o rm o d e mh a r d w a r ed e s i g n F i r s t l y , t h i st h e s i sb r i e f l yi n t r o d u c e st h el o g i ca n a l y z e ra n
7、 dv i r t u a li n s t r u m e n tt e c h n o l o g y , e l u c i d a t e st h es t r u c t u r eo ft h el o g i ca n a l y s i ss y s t e m ，i t so p e r a t i n gm e c h a n i s ma sw e l la sc h a r a c t e r i s t i c s B e s i d e s ，t h ef e a t u r e so fV I i t ss o t b , v a r ea n dh a r d
8、 w a r es t r u c t u r ea sw e l la st h ep r o g r a m m i n gl a n g u a g e sa r ea l s od e s c r i b e ds i n c et h ec o m b i n a t i o no fh a r d w a r ea n dP Cs o f t w a r ei St h ep i v o ti nt h ev i r t u a li n s t r u m e n tt e c h n o l o g y S e c o n d l y , o nt h eb a s i so
9、ft h ew o r k i n gp r i n c i p l ea n dd e m a n da n a l y s i so fL A ，t h eo v e r a l la r c h i t e c t u r a ld e s i g no fo u rs y s t e mi se s t a b l i s h e d T h ep r o p o s e dV Is y s t e mc o n s i s t so ft w om a j o rp a r t s ：t h eP Ca p p l i c a t i o n ( s o f t w a r e )
10、a n dt h el o g i ca n a l y z e r ( h a r d w a r e ) T h eh o s tP Ca n dt h eL Aa r el i n k e dt h r o u g haU S B 2 0U S Bi n t e r f a c ef o rc o m m u n i c a t i o n 。T h eh a r d w a r ep a r t ( c o n s i s t so fv a r i o u sm o d u l e si n c l u d i n g ，p r o b em o d u l e ，c l o c k
11、m o d u l e ，t h ed e l a ya n dl a t c hm o d u l e ，g l i t c hd e t e c t i o nm o d u l e ，t r i g g e rr e c o g n i t i o nm o d u l e ，t h es t o r a g ec o n t r o lm o d u l e ，U S Bi n t e r f a c em o d u l ee t c ) i sd e m o n s t r a t e di nd e t a i lb ys e p a r a t e l yd i s c u s
12、 s i n gt h ed e s i g np r i n c i p l e so fe a c hm o d u l e T h eF P G At e c h n o l o g ya n dp r o p e rd e s i g nc o n c e p ta r ea p p l i e di nt h es y s t e md e s i g n V a r i o u st r i g g e rm e t h o d s ，s u c ha st h es i m p l et f i g g e r t h ec o u n tt r i g g e r t h es
13、 e q u e n t i a lt f i g g e r ，t h ed e l a y e dt r i g g e ra r ea c h i e v e da n dv e r i f i e db ys i m u l a t i o n si nt e r m so ft i m es e q u e n c e T h u s ，t h ec o r r e c t n e s sa n dr e l i a b i l i t yo ft h ec i r c u i td e s i g na r es e c u r e d T h eP Ca p p l i c a
14、t i o ni sd e v e l o p e dw i t h i nt h ef r a m eo fV It e c h n o l o g ya n dt h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e ns o f t w a r ea n dh a r d w a r et h r o u g hU S B 2 0i n t e r f a c ei sr e a l i z e d F i n a l l y , t h ef u t u r ew o r ko nt h ei m p r o v e m e n to ft h es y s
15、t e mp e r f o r m a n c ei sp r o p o s e d K e yw o r d s ：l o g i ca n a l y z e r ，v i r t u a li n s t r u m e n t ，F i l e dP r o g r a m m a b l eG a t eA r r a yI I武汉理工大学硕士学位论文第1 章绪论1 1 研究的背景与意义P C 和大规模集成电路迅速蓬勃发展广泛与使用，使得各种规模的数字系统的复杂程度大大增加，导致其设计、开发、检测和故障诊断越来越复杂，传统的双通道示波器等逻辑电平测试设备已经远远不能满足用户的需求
16、。常见的发生在数字系统中的错误，主要有软件错误与硬件错误，其中软件错误主要是来自于编程错误，而硬件错误则以多种形式出现。我们将所感兴趣的采集并显示在时序图上，就会很容易找到错误。此外，大多数数字信号都是非线性的，在实际中我们还常常希望可以对信号在某个时间进行实时监视，来确实其是不是稳定在要求的逻辑水准上，人们就需要比模拟示波器更强大功能的具有多通道高速率数据采集的逻辑分析分析仪( L o g i cA n a l y z e r ，简称L A ) 。在数字电路系统中，数字信号只有用二进制的“1 ”表示的高电平和“0 ”表示的低电平两种，若干位的高点平“1 ”和低电平“0 ”排列就可以形成一个数据或者信息，我们称这一领域为数据域；在此数领域的进行的各种时序描述的测试技术被称为数据域测试技术，简称数据域测试I l 】。虚拟逻辑分析仪主要用在数字电路的整个设计过程中，特别是在电路初步设计阶段的认证硬件、软件与软件的合成、最后的调试中，现在，得到人们越来越广泛的应用。按照工作特点的不同，可以把逻辑分析仪分为两种类型：逻辑状态分析仪( L o g
