全国电子设计大赛准备之2003全国大学生电子设计竞赛全国一等奖简易逻辑分析仪_D题

### 全国电子设计大赛之2003全国大学生电子设计竞赛全国一等奖简易逻辑分析仪_D题 #### 内容简介 本文档来源于2009年全国电子设计大赛的相关资料整理，旨在为参赛学生提供关于2003年全国大学生电子设计竞赛中获得全国一等奖的项目——简易逻辑分析仪(D题)的详细设计方案和技术要点。 #### 资源内容概述 文档主要分为三个部分： 1. **数字信号发生器方案比较与选择**：详细对比了两种方案，并阐述了选择基于FPGA的方案的原因。 2. **逻辑分析仪的方案设计与论证**：通过对比三种不同的设计方案，最终确定了一种结合单片机与FPGA的方案。 3. **系统设计方案**：深入介绍了所选方案的具体实现细节，包括硬件选择、系统架构设计以及软件实现等方面。 #### 数字信号发生器方案比较与选择 - **方案一**：采用通用的数字集成电路和555定时器电路实现。尽管可以满足基本需求，但由于硬件电路复杂且时钟频率稳定性较差，操作不便，因此不是最优选择。 - **方案二**：利用FPGA的强大可编程能力，通过VHDL编程实现信号发生器。此方案简单高效，能充分利用FPGA的并行处理能力，实现资源的有效分配和利用，因此被选为最佳方案。 #### 逻辑分析仪的方案设计与论证 - **方案一（双MCU方式）**：采用两片MCS-51系列单片机构成系统，分别负责控制和信号采集与显示。虽然系统规模较小，但灵活性较差。 - **方案二（FPGA+嵌入式微处理器）**：利用FPGA及其内部微处理器实现整个系统设计，有利于简化软件设计过程，符合当前技术发展趋势。然而，考虑到题目要求的采样频率较低，这种方式无法充分发挥FPGA的优势，可能导致系统性价比较低。 - **方案三（单片机+FPGA组合）**：结合单片机的人机交互功能和FPGA的逻辑处理能力，既简化了系统设计，又能实现多种附加功能，具备良好的扩展性和实用性。经过综合评估，最终选择了方案三。 #### 系统设计方案 - **硬件选择**：采用Xilinx公司的XC2S100E FPGA，该芯片具有高速度和丰富的资源。 - **系统架构设计**：以AT89C52单片机作为人机交互的核心，负责用户界面的操作；FPGA则承担信号采集、处理与存储的任务。 - **软件实现**：利用VHDL语言编写FPGA内部逻辑，实现信号处理功能；单片机程序则负责按键处理和液晶显示等交互操作。 #### 消除毛刺的方法 文档还提到了几种消除毛刺的方法，包括但不限于： - 使用同步电路，确保信号变化只发生在时钟沿，从而避免数据的建立和保持时间问题。 - 在信号稳定后进行采样，避免因变量变化产生的毛刺。 - 在输出端增加输出电容进行滤波，以减少毛刺的影响，但需注意可能会影响波形的质量。 - 调整电路延迟，对相对延迟较小的支路增加适当的延迟，有助于消除毛刺。 #### 结论 通过综合考虑各种因素，选定了单片机+FPGA相结合的方案，既实现了系统的简洁性，又保证了系统的稳定性和实用性。此外，通过采用一系列措施有效减少了毛刺现象，提高了系统的整体性能。这些设计思路和技术要点对于参与电子设计竞赛的学生来说极具参考价值。