基于TMS320VC5416的简易信号分析仪设计

《DSP原理与应用教程》

课程设计说明书课题：基于TMS320VC5416的简易信号分析仪设计专业：电子信息工程

班级：电子信息工程1102班

姓名：陈玮

学号： 3110209424

指导老师：方卫东、李锦彬、朱悦涵

2014年 12 月 14日 - 12月 26日

摘要

系统基于快速傅立叶变换(FFT)算法，以TMS320VC5416为控制与数据处理核心，通过CCS开发环境以及MATLAB模拟实现对音频信号频率成分的分析。系统由电源模块、音频输入输出模块、时钟模块等组成。通过A/DC采样并进行FFT变换，分析音频信号的频谱结构。

关键词：音频信号,CCS，FFT, 频谱

目录

摘要 (2)

一、设计任务与目标 (4)

1.1设计课题 (4)

1.2设计要求 (4)

二、谐波的概念 (4)

三、谐波的分析方法 (4)

2.1模拟电路 (4)

2.2傅立叶变换 (5)

2.3小波变换 (5)

四、DFT/FFT分析原理 (5)

4.1 DFT计算公式 (5)

4.2 N点DFT的计算量 (6)

4.3旋转因子WN的特性 (6)

4.4基-2 FFT算法推导 (6)

4.5 N点基-2 FFT算法的计算量 (10)

4.6 N点基-2 FFT算法的实现方法 (10)

4.6.1对于输入数据序列进行倒位序变换 (10)

4.6.2蝶形运算的循环结构 (11)

4.6.3浮点到定点转换需要注意的关键问题 (11)

4.6.4计算过程中的溢出问题 (12)

五、硬件系统 (12)

5.1硬件电路的总体框图 (12)

5.2各子模块的组成 (13)

5.2.1电源模块 (13)

5.2.2时钟模块 (14)

5.2.3音频输入输出模块 (15)

5.2.4 TMS320VC5416和CODEC接口 (16)

5.2.5 TMS320VC5416DSP最小系统 (17)

六、基于MATLAB的程序仿真 (18)

6.1程序流程图 (18)

6.2 MATLAB构造音频信号 (19)

6.3仿真步骤 (19)

6.4仿真结果 (20)

6.5结果分析 (20)

七、课程设计总结 (21)

八、参考文献 (22)

附录 (22)

一、设计任务与目标

1.1设计课题

基于TMS320VC5416的简易信号分析仪设计

1.2设计要求

1.给出算法原理

2.写出应用软件流程图

3.以TMS320VC5416 DSP为核心，设计一DSP应用系统，用DSP C语言和汇编混合编程的方法设计应用软件，实现音频信号功率谱分析，并验证最终的分析结果。最后按要求写出设计说明书，绘出设计的软硬件系统.

1.3设计目标

学习FFT算法在功率谱分析中的应用；以TMS320VC5416 DSP为核心CPU，设计一小型DSP应用系统，编制软件实现频谱分析，在CCS上观察分析的结果.

二、谐波的概念

任何周期性波形均可分解为一个基频正弦波加上许多高次频率的正弦波，高次频率是基频的整倍数（N，只能为整数），直流成分称为0次谐波，基波称为1次谐波，二次以上的波形称为高次谐波，其中偶次频率的波形称为偶次谐波，奇次频率的波形称为奇次谐波。

三、谐波的分析方法

2.1.模拟电路

消除谐波的方法很多，即有主动型，又有被动型；既有无源的，也有有源的，还有混合型的，目前较为先进的是采用有源电力滤波器。但由于其检测环节多采用模拟电路，因而造价较高，且由于模拟带通滤波器对频率和温度的变化非常敏感，故使其基波幅值误差很难控制在10%以内，严重影响了有源滤波器的控制性能。近年来，人工神经网络的研究取得了较大进展，由于神经元有自适应和自学习能力，且结构简单，输入输出关系明了，因此可用神经元替代自适应滤波器，再用一对与基波频率相同，相位相差90度的正弦向量作为神经元的输入。由神经元先得到基波电流，然后检测出应补偿的电流，从而完成谐波电流的检测。但人工神经网络的硬件目前还是一个比较薄弱的环节，限制了其应用范围。

2.2.傅立叶变换

利用傅立叶变换可在数字域进行谐波检测，电力系统的谐波分析，目前大都是通过该方法实现的，离散傅立叶变换所需要处理的是经过采样和A/D转换得到的数字信号，设待测信号为x(t)，采样间隔为 t秒，采样频率 =1/ t满足采样定理，即大于信号最高频率分量的2倍，则采样信号为x(n t)，并且采样信号总是有限长度的，即n=0，1……N-1。这相当于对无限长的信号做了截断，因而造成了傅立叶变换的泄露现象，产生误差。此外，对于离散傅立叶变换来说，如果不是整数周期采样，那么即使信号只含有单一频率，离散傅立叶变换也不可能求出信号的准确参数，因而出现栅栏效应。通过加窗可以减小泄露现象的影响。

2.3.小波变换

小波变换已广泛应用于信号分析、语音识别与合成、自动控制、图象处理与分析等领域。电力谐波是由各种频率成分合成的、随机的、出现和消失都非常突然的信号，在应用离散傅立叶变换进行处理受到局限的情况下，可充分发挥小波变换的优势。即对谐波采样离散后，利用小波变换对数字信号进行处理，从而实现对谐波的精确测定。小波可以看作是一个双窗函数，对一信号进行小波变换相当于从这一时频窗内的信息提取信号。对于检测高频信息，时窗变窄，可对信号的高频分量做细致的观测；对于分析低频信息，这时时窗自动变宽，可对信号的低频分量做概貌分析。所以小波变换具有自动“调焦”性。其次，小波变换是按频带而不是按频点的方式处理频域信息，因此信号频率的微小波动不会对处理产生很大的影响，并不要求对信号进行整周期采样。另外，由小波变换的时间局部可知，在信号的局部发生波动时，不会象傅立叶变换那样把影响扩散到整个频谱，而只改变当时一小段时间的频谱分布，因此，采用小波变换可以跟踪时变和暂态信号。

四、DFT/FFT分析原理

4.1 DFT计算公式

其中x(n)表示输入的离散数字信号序列，WN为旋转因子，X(k)为输入序列x(n)对应的N个离散频率点的相对幅度。一般情况下，假设x(n)来自于低通采样，采样频率为fs，那么X(k)表示了从-fs/2率开始，频率间隔为fs/N,到

fs/2-fs/N截至的N个频率点的相对幅度。因为DFT计算得到的一组离散频率幅度值实际上是在频率轴上从成周期变化的，即X(k+N)=X(k)。因此任意取连续的N个点均可以表示DFT的计算效果，负频率成分比较抽象，难于理解，根据X(k)的周期特性，于是我们又可以认为X(k)表示了从零频率开始，频率间隔为fs/N,到fs-fs/N截至的N个频率点的相对幅度。

4.2 N点DFT的计算量

根据(1)式给出的DFT计算公式，我们可以知道每计算一个频率点X(k)均需要进行N次复数乘法和N-1次复数加法，计算N各点的X(k)共需要N^2次复数乘法和N*(N-1)次复数加法。当x(n)为实数的情况下，计算N点的DFT需要2*N^2次实数乘法，2*N*(N-1)次实数加法。

4.3旋转因子WN的特性

1.WN的对称性

2.WN的周期性

3.WN的可约性

根据以上这些性质，我们可以得到式(5)的一系列有用结果

4.4基-2 FFT算法推导

假设采样序列点数为N=2^L，L为整数，如果不满足这个条件可以人为地添加若干个0以使采样序列点数满足这一要求。首先我们将序列x(n)按照奇偶分为两组如下：

于是根据DFT计算公式(1)有：

至此，我们将一个N点的DFT转化为了式(7)的形式，此时k的取值为0到N-1,现在分为两段来讨论，当k为0～N/2-1的时候，因为x1(r)，x2(r)为N/2点的序列，因此，此时式(7)可以写为：

而当 k取值为N/2~N-1时，k用k’+N/2取代，k’取值为0~N/2-1。对式(7)化简可得：

综合以上推导我们可以得到如下结论：一个N点的DFT变换过程可以用两个N/2点的DFT变换过程来表示，其具体公式如式(10)所示DFT快速算法的迭代公式：

上式中X'(k’)为偶数项分支的离散傅立叶变换，X''(k’’)为奇数项分支的离散傅立叶变换。式(10)的计算过程可以用图1的蝶形算法流图直观地表示出来。

图1 时间抽取法蝶形运算流图

在图1中，输入为两个N/2点的DFT输出为一个N点的DFT结果，输入输出点数一致。运用这种表示方法，8点的DFT可以用图2来表示：

图2 8点DFT的4点分解

根据公式(10)，一个N点的DFT可以由两个N/2点的DFT运算构成，再结合图1的蝶形信号流图可以得到图2的8点DFT的第一次分解。该分解可以用以下几个步骤来描述：

1.将N点的输入序列按奇偶分为2组分别为N/2点的序列

2.分别对1中的每组序列进行DFT变换得到两组点数为N/2的DFT变换值X1和X2

3.按照蝶形信号流图将2的结果组合为一个N点的DFT变换结果

根据式(10)我们可以对图2中的4点DFT进一步分解，得到图3的结果，分解步骤和前面一致。

图3 8点DFT的2点分解

最后对2点DFT进一步分解得到最终的8点FFT信号计算流图：

图4 8点DFT的全分解

从图2到图4的过程中关于旋转系数的变化规律需要说明一下。看起来似乎向前推一级，在奇数分组部分的旋转系数因子增量似乎就要变大，其实不是这样。

事实上奇数分组部分的旋转因子指数每次增量固定为1，只是因为每向前推进一次，该分组序列的数据个数变少了，为了统一使用以原数据N为基的旋转因子就进行了变换导致的。每一次分组奇数部分的系数WN,这里的N均为本次分组前的序列点数。以上边的8点DFT为例，第一次分组N=8,第二次分组N为4，为了统一根据式(4)进行了变换将N变为了8，但指数相应的需要乘以2。

4.5 N点基-2 FFT算法的计算量

从图4可以看到N点DFT的FFT变换可以转为log2(N)级级联的蝶形运算，每一级均包含有N/2次蝶形计算。而每一个蝶形运算包含了1次复数乘法，2次复数加法。因此N点FFT计算的总计算量为：复数乘法——N/2×log2(N)复数加法——N×log2(N)。假设被采样的序列为实数序列，那么也只有第一级的计算为实数与复数的混合计算，经过一次迭代后来的计算均变为复数计算，在这一点上和直接的DFT计算不一致。因此对于输入序列是复数还是实数对FFT算法的效率影响较小。一次复数乘法包含了4次实数乘法，2次实数加法，一次复数加法包含了2次复数加法。因此对于N点的FFT计算需要总共的实数乘法数量为：2×N×log2(N)；总的复数加法次数为：2xNxlog2(N)。

4.6 N点基-2 FFT算法的实现方法

从图4我们可以总结出对于点数为N=2^L的DFT快速计算方法的流程：

4.6.1对于输入数据序列进行倒位序变换

该变换的目的是使输出能够得到X(0)~X(N-1)的顺序序列，同样以8点DFT为例，该变换将顺序输入序列x(0)~x(7)变为如图4的

x(0),x(4),x(2),x(6),x(1),x(5),x(3),x(7)序列。其实现方法是：假设顺序输入序列一次村在A(0)~A(N-1)的数组元素中，首先我们将数组下标进行二进制化(例：对于点数为8的序列只需要LOG2(8) = 3位二进制序列表示，序号6就表示为110)。二进制化以后就是将二进制序列进行倒位，倒位的过程就是将原序列从右到左书写一次构成新的序列，例如序号为6的二进制表示为110，倒位后

变为了011，即使十进制的3。第三步就是将倒位前和倒位后的序号对应的数据互换。依然以序号6为例，其互换过程如下：

Temp = A(6); A(6) = A(3); A(3) = A(6);

实际上考虑到执行效率，如果对于每一次输入的数据都需要这个处理过程是非常浪费时间的。我们可以采用指向指针的指针来实现该过程，或者是采用指针数组来实现该过程。

4.6.2蝶形运算的循环结构

从图4中我们可以看到对于点数为N = 2^L的fft运算，可以分解为L阶蝶形图级联，每一阶蝶形图内又分为M个蝶形组，每个蝶形组内包含K个蝶形。根据这一点我们就可以构造三阶循环来实现蝶形运算。编程过程需要注意旋转因子与蝶形阶数和蝶形分组内的蝶形个数存在关联。

4.6.3浮点到定点转换需要注意的关键问题

上边的分析都是基于浮点运算来得到的结论，事实上大多数嵌入式系统对浮点运算支持甚微，因此在嵌入式系统中进行离散傅里叶变换一般都应该采用定点方式。对于简单的DFT运算从浮点到定点显得非常容易。根据式(1)，假设输入x(n)是经过AD采样的数字序列，AD位数为12位，则输入信号范围为0~4096。为了进行定点运算我们将旋转因子实部虚部同时扩大2^12倍，取整数部分代表旋转因子。之后，我们可以按照(1)式计算，得到的结果与原结果成比例关系，新的结果比原结果的2^12倍。但是，对于使用蝶形运算的fft我们不能采用这种简单的放大旋转因子转为整数计算的方式。因为fft是一个非对称迭代过程，假设我们对旋转因子进行了放大，根据蝶形流图我们可以发现其最终的结果是，不同的输入被放大了不同的倍数，对于第一个输入x(0)永远也不会放大。举一个更加形象的例子，还是以图4为例。从图中可以看出右侧的X(0)可以直接用下式表示：

从上式我们可以看到不同输入项所乘的旋转因子个数(注意这里是个数，就算是wn^0，也被考虑进去了，因为在没有放大时wn^0等于1，放大后所有旋转因子指数模均不为1，因此需要考虑)。这就导致输入不平衡，运算结果不正确。经查阅相关资料，比较妥善的做法是，首先对所有旋转因子都放大2^Q倍，Q必须要大于等于L，以保证不同旋转因子的差异化。旋转因子放大，为了保证其模为1，在每一次蝶形运算的乘积运算中我们需要将结果右移Q位来抵消这个放大，

从而得到正确的结果。之所以采用放大倍数必须是2的整数次幂的原因也在于此，我们之后可以通过简单的右移位运算将之前的放大抵消，而右移位又代替了除法运算，大大节省了时间。

4.6.4计算过程中的溢出问题

最后需要注意的一个问题就是计算过程中的溢出问题。在实际应用中，AD 虽然有

12位的位宽，但是采样得到的信号可能较小，例如可能在0~8之间波动，也就是说实际可能只有3位的情况。这种情况下为了在计算过程中不丢失信息，一般都需要先将输入数据左移P 位进行放大处理，数据放大可能会导致溢出，从而使计算错误，而溢出的极限情况是这样：假设我们数据位宽为D 位(不包括符号位)，AD 采样位数B 位，数字放大倍数P 位，旋转因此放大倍数Q 位，FFT 级联运算带来的最大累加倍数L 位。我们得到:

假设AD 位宽12，数据位宽32，符号位1位，因此有效位宽31位，采样点数N ，那么我们可以得到log2(N)+P+Q<=19,假设点数128,又Q>=L 可以得到放大倍数P<=5。

五、硬件系统

5.1硬件电路的总体框图

基于TMS320VC5416的音频频谱分析仪将输入的音频信号经过A/DC 采样后，

送入C5416芯片进行运算处理，实际中通过JTAG 接口实现CCS 开发环境下的音

频信号处理程序的实时仿真测试，并通过CCS软件的图形显示窗口实时显示采样信号的波形和经过FFT变换后的频谱图，也可以将通过处理后的音频信号通过D/AC转换器经音频信号输出电路输出。总体电路框架如上图所示。

5.2各子模块的组成

TMS320VC5416是一款16位定点DSP芯片，功能强大的CPU，多总线结构，片内有128K-16bit RAM和16K-16bit ROM，以及McBSPs,可编程PLL等片内外设；主频可高达160MHZ，处理速度最高可达160MIPS，其内核电压为1.5V-1.6V，I/O电压为3.3V，低功耗。

5.2.1电源模块

采用PS76801Q和TPS75733两个电压调节芯片组成3.3V和1.5V的电源供电模块，具体电路如上图所示.

5.2.2时钟模块

TMS320VC5416的时钟信号采用外部独立的时钟信号源，由3-PLL FLASH 可编程通用时钟发生芯片CY22381构成，可以产生三个时钟信号，产生的16MHz 作为C5416的外部输入时钟信号，12MHz作为CODEC芯片的采样时钟信号。具体电路如上图所示。

5.2.3音频输入输出模块

音频输入与输出采用TI公司的音频立体声CODEC芯片TLV320AIC23VB，供电电压兼容了C54系统的内核电压，在1.42V-3.6V之间都可以正常工作。支持8KHz-96KHz的采样频率。SP1和2-wire两种串行接口。16、20、24、32Bit的字长，且内置耳机放大输出，支持MIC和LINE IN两种输入，输入输出就业增益可编程功能，可以完成音频信号的滤波处理，A/DC转换，D/AC转换以及音频输出等功能。AIC23B主要包括音频接口，音频输入接口，配置接口，其他接口。其中音频接口主要包括D/AC、A/DC、的输入接口DIN、输出接口DOUT；配置接口主要包括配置时钟、配置数据的输入口SCLK、SDIM；其他接口中主要有芯片的时钟输入MCLK和芯片工作模式的选择MODE。实际电路中，AIC23B配置为DSP 模式和SPI的通信方式，其具体电路如上图所示。

5.2.4 TMS320VC5416和CODEC接口

将AIC23B配置为DSP的工作模式，C5416利用自身的多通道缓冲串行口McBSPs与AIC23B的SPI接口无缝对接，进行数据的传输交换和控制，C5416的McBSPs0与AIC23B进行A/D、D/A转换数据的减缓。McBSPs2用于配置AIC23B 的工作状态。其中BCLKX0和BLCKX2，用于对来自缓冲串行口发送移位寄存器和发送至数据发送引脚的数据进行定时，BDX0和BDX2用于配置数据SDIN已经DAC 放下的数据输入SDIN，SDR0用于ADC方向的数据输出DOUT。以及控制DAC和ADC 数据启动传输的帧信号LRCIN、LROUT。C5416通过以上I/O实现对AIC23B的控制和数据传输，今儿实现对音频信号的处理分析。其具有电路如上图所示。

5.2.5 TMS320VC5416DSP最小系统

TMS320VC5416最小系统由电源、复位电路、时钟电路、接口等部分组成。C5416采样外部时钟输入的方式。具体电路如上图所示。

六、基于MATLAB的程序仿真

6.1程序流程图Array

FFT

6.2 MATLAB构造音频信号

编写M文件程序，模拟构造三路信号，频率分别为100HZ,200HZ,300HZ，通过混叠信号生成混合信号来模拟音频信号。构造结果如下图所示：

6.3仿真步骤

将MATLAB构造的音频输入信号导入到dsp.txt文档中，并复制到fft.c的const float dataR256[]数组中。设置断点，RUN执行到断点处。通过软件的图形显示模拟音频信号的频谱图。

6.4仿真结果

频谱图

6.5结果分析

MATLAB构成的模拟音频信号的采样频率为12800Hz，满足奈奎斯特抽样定理。构造的基本频率为50Hz，即谱分辨率为50Hz,采样点数为256，经软件仿真FFT 变换后，显示的频谱图符合模拟构造信号的频谱构造。即2次谐波的频谱值为100,4次谐波的频谱值为200,6次谐波的频谱值为300.

信号发生器毕业设计

信号发生器的设计与制作 系别：机电系专业：应用电子技术届：07届姓名：张海峰 摘要 本系统以AD8951集成块为核心器件，AT89C51集成块为辅助控制器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。AD9851是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。 关键词AD9851，AT89C51,波形，原理图，常用接法

ABSTRACT 5 The system AD8951 integrated block as the core device, AT89C51 Manifold for auxiliary control devices, production of a function signal generator to produce low cost. Suitable for students to learn the use of electronic technology measurement. AD9851 is a AD produced a maximum clock of 125 MHz, using advanced CMOS technology, the direct frequency synthesizer, mainly by the programmable DDS systems, high-performance module converter (DAC) and high-speed comparator three parts, to achieve full Digital program-controlled frequency synthesizer. Key words AD9851, AT89C51, waveforms, schematics, Common Connection

频谱分析仪的设计方案及实际应用案例汇总

频谱分析仪的设计方案及实际应用案例汇总 频谱分析仪是研究电信号频谱结构的仪器，用于信号失真度、调制度、谱纯度、频率稳定度和交调失真等信号参数的测量，可用以测量放大器和滤波器等电路系统的某些参数，是一种多用途的电子测量仪器。现代频谱分析仪能以模拟方式或数字方式显示分析结果，能分析1 赫以下的甚低频到亚毫米波段的全部无线电频段的电信号。仪器内部若采用数字电路和微处理器，具有存储和运算功能;配置标准接口，就容易构成自动测试系统。 基于MSP430 的FM 音频频谱分析仪的设计方案 本文中主要提出了以MSP43 处理器为核心的音频频谱分析仪的设计方案。以数字信号处理的相关理论知识为指导，利用MSP430 处理器的优势来进行音频频谱的设计与改进，并最终实现了在TFT 液晶HD66772 上面显示。 基于NIOS II 的频谱分析仪的设计与研制 本设计完全利用FPGA 实现FFT，在FPGA 上实现整个系统构建。其中CPU 选用Altera 公司的Nios II 软核处理器进行开发, 硬件平台关键模块使用Altera 公司的EDA 软件QuartusIIV8.0 完成设计。整个系统利用Nios II 软核处理器通过Avalon 总线进行系统的控制。 基于频谱分析仪二代身份证读卡器测量 本文所介绍使用频谱仪检测RFID 读卡器的应用实例也是一种通用检测 方案，可广泛应用在RFID 读卡器和主动式电子标签研发过程中的调试、产线 的检验等多个方面。 基于频谱分析仪分析手机无线测试 本文将对手机无线通信中遇到的问题提出相应的解决方案。手机在进行通信时存在着频段控制、通信质量检测和信号大小控制等问题。被射频工程师

信号发生器设计(附仿真)

南昌大学实验报告 学生姓名：学号：专业班级： 实验类型：□验证□综合□设计□创新实验日期：实验成绩： 信号发生器设计 一、设计任务 设计一信号发生器，能产生方波、三角波和正弦波并进行仿真。 二、设计要求 基本性能指标：(1)频率范围100Hz~1kHz；(2)输出电压：方波U p-p≤24V，三角波U p-p =6V，正弦波U p-p>1V。 扩展性能指标：频率范围分段设置10Hz~100Hz, 100Hz~1kHz，1kHz~10kHz；波形特性方波t r<30u s（1kHz，最大输出时），三角波r△<2%，正弦波r～<5%。 三、设计方案 信号发生器设计方案有多种，图1是先产生方波、三角波，再将三角波转换为正弦波的组成框图。 图1 信号发生器组成框图 主要原理是：由迟滞比较器和积分器构成方波——三角波产生电路，三角波在经过差分放大器变换为正弦波。方波——三角波产生基本电路和差分放大器电路分别如图2和图4所示。 图2所示，是由滞回比较器和积分器首尾相接形成的正反馈闭环系统，则比较器A1输出的方波经积分器A2积分可得到三角波，三角波又触发比较器自动翻转形成方波，这样即可构成三角波、方波发生器。其工作原理如图3所示。

图2 方波和三角波产生电路 图3 比较器传输特性和波形 利用差分放大器的特点和传输特性，可以将频率较低的三角波变换为正弦波。其基本工作原理如图5所示。为了使输出波形更接近正弦波，设计时需注意：差分放大器的传输特性曲线越对称、线性区越窄越好；三角波的幅值V 应接近晶体管的截止电压值。 m 图4 三角波→正弦波变换电路

图5 三角波→正弦波变换关系 在图4中，RP 1调节三角波的幅度，RP 2 调整电路的对称性，并联电阻R E2 用来减小差 分放大器的线性区。C 1、C 2 、C 3 为隔直电容，C 4 为滤波电容，以滤除谐波分量，改善输出 波形。 波形发生器的性能指标： ①输出波形种类：基本波形为正弦波、方波和三角波。 ②频率范围：输出信号的频率范围一般分为若干波段，根据需要，可设置n个波段范围。 ③输出电压：一般指输出波形的峰-峰值U p-p。 ④波形特性：表征正弦波和三角波特性的参数是非线性失真系数r～和r△；表征方波特性的参数是上升时间t r。 四、电路仿真与分析

简易逻辑分析仪报告

简易逻辑分析仪 摘要 本系统是由单片机作为主控制器、可编程器件作为辅助控制单元来实现数字信号产生、逻辑信号采集和示波器显示。 由单片机为核心的信号发生器，实现了大范围可控频率、预设码型的信号输出；数据采集模块的输入电路中的程控迟滞比较器，提高了输入信道的抗干扰能力。可编程器件高密度特点在本系统中的应用，大大减少了外围器件，增强了系统的可靠性。带有LCD显示模块为用户控制提供友好的人机界面，实现了设置掉电保护功能，并支持鼠标操作和图形打印。 关键词逻辑分析仪单片机可编程器件程控迟滞比较器一、方案论证及选择

方案一： 利用普通的74系列移位计数器构成数字信号发生器，纯单片机方式实现逻辑分析仪。 图 1-1 方案一结构框图 如图1-1所示，数字信号发生器部分，利用74系列的移位计数器的基本功能，通过拨码开关向置数端预置循环序列，通过TTL 驱动输出数字信号。逻辑分析仪部分的门限电压由电位器控制。这种方法单片机除了完成基本的数据分析外，还需要完成对逻辑数据的采集、存储、显示等大量控制工作。 方案二： 由单片机产生数字信号序列，由另外两片单片机构成逻辑分析仪。 射随器 门限 比较器 电位器 调压电路 单 片 机 Z Y X D/A D/A 预 置 拨码开关 序列 输出 数字信号发生器 简易逻辑分析 100Hz 时钟 键盘 级联74 移位计数器 数码管

图 1-2 方案二结构框图 如图1-2所示，相比方案一在信号产生上方案二采用了单片机方案，数码管显示循环序列码状态，本方案用软件可以实现不同频率、更加复杂数字信号的输出。在逻辑分析仪部分，部分的特点是双单片机结构，二者通过串口通信，下位机单片机3只负责显示，上位机单片机2通过D/A 输出程控的门限电平。本方案解决了显示与数据采集处理不能同时工作的矛盾， 方案三 利用FPGA/CPLD 的高速特点，实现系统并行工作，这是本方案相比于方案二的特色之一。用可编程器件可以高速完成单一功能模块。FPGA/CPLD 的使用弥补了单片机在高速采集和实时显示的弱点，使整个系统的处理能力远超过当前微控制器的水平，这使设计十分具有发挥的空间。而且通过合理地划分软硬件的工作量，将使软件控制和软件编写变得容易。 单 片 机 2 单 片 机 3 单 片 机 1 输出级TTL 驱动 射随器 D/A 门限 比较器 串口 通信 Z Y X D/A D/A 数码管 键盘 数字信号发生简易逻辑分析 键盘 数码管

简易频谱分析仪课程设计

东北石油大学课程设计 2014年7月18 日

东北石油大学课程设计任务书 课程通信电子线路课程设计 题目简易频谱分析仪 专业姓名学号 主要内容、基本要求、主要参考资料等 主要内容： 设计一个测量频率范围覆盖为10MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号的简易频谱分析仪。基本要求： （1）频率测量范围为10MHz--30MHz； （2）频率分辨力为10kHz，输入信号电压有效值为20mV±5mV，输入阻抗为50Ω； （3）可设置中心频率和扫频宽度； （4）借助示波器显示被测信号的频谱图，并在示波器上标出间隔为1MHz 的频标。 主要参考资料： [1]谢家奎．电子线路(非线性部分)［M］．北京:高等教育出版社． [2] 张建华．数字电子技术［M］．北京:机械工业出版社． [3] 陈汝全．电子技术常用器件应用手册［M］．北京:机械工业出版社． 完成期限2014.7.14 — 2014.7.18 指导教师 专业负责人 2014年7 月14 日

摘要 系统利用SPCE061A单片机作为主控制器，采用外差原理设计并实现频谱分析仪：利用DDS芯片生成10KHz步进的本机振荡器，AD835做集成混频器，通过开关电容滤波器取出各个频点（相隔10KHz）的值，再配合放大，检波电路收集采样值，经凌阳单片机SPCE061A的处理，最后送示波器显示频谱。测量频率范围覆盖10MHz-30MHz，可根据用户需要设定显示频谱的中心频率和带宽，还可以识别调幅，调频和等幅波信号。 关键词：SPCE061A；DDS；频谱分析仪

基于51单片机的简易逻辑分析仪设计

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

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1.0V～4.0V 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。

图1 系统框图 3 设计原理分析 3.1 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1KΩ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。 EA/VP 31X119X218RESET 9 RD 17WR 16 INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P27 28 PSEN 29 ALE/P 30TXD 11RXD 10U18051 P10 P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27 123456789J1 1K +5 Y112M +5 RXD TXD RD WR T0T1INT0INT1C3 22p F C4 22p F R28.2K C110u F +5 12J6CON2 KEY1SW2 R1100 . .

基于单片机的简易逻辑分析仪毕业设计论文

基于单片机的简易逻辑分析仪 目录 第1节引言 (3) 1.1系统概述 (3) 1.1.1系统的特点 (4) 1.1.2系统的功能 (4) 第2节系统主要硬件电路设计 (5) 2.1 系统结构框图 (5) 2.2 主体控制模块 (5) 2.3 系统硬件的主体实现 (7) 2.3.1 数字信号发生器模块的电路设计与实现 (7) 2.3.2 主控系统模块的电路设计与实现 (8) 2.3.3 LED显示模块的电路设计与实现 (10) 2.3.4 硬件的抗干扰措施 (12) 第3节系统软件设计 (13) 3.1 系统软件流程 (13) 3.2 中断服务子程序 (15) 3.3 AT24C04程序设计 (15) 第4节结束语 (19) 参考文献 (20) 基于单片机的简易逻辑分析仪

第1节引言 信息时代是数字化的时代，数字技术的高速发展，出现了以高性能计算机为核心的数字通信、数字测量的数字系统。在研究这些数字系统产品的应用性能的同时也必须研究在设计、生产和维修他们的过程中，如何验证数字电路设计的合理性、如何协调硬件及其驱动应用软件的工作、如何测量其技术指标以及如何评价其性能。逻辑分析仪的出现，为解决这些问题提供了可能。 随着数字系统复杂程序的增加，尤其是微处理器的高速发展，用示波器测试己显得有些无能为力。1973年在美国应运而生的逻辑分析仪(Logic Analyzer)，能满足数字域测试的各种要求。它属于总线分析仪一类的数据域测试仪器*主要用于查找总线(或多线)相关故障．同时对于数据有很强的选择能力和跟踪能力，因此，逻辑分析汉在数字系统的测试中获得了广泛的应用。 逻辑分析仪（Logic Analyzer）是以逻辑信号为分析对象的测量仪器。是一种数据域仪器，其作用相当于时域测量中的示波器。正如在模拟电路错误分析中需要示波器一样，在数字电路故障分析中也需要一种仪器，它适应了数字化技术的要求，是数字、逻辑电路、仪器、设备的设计、分析及故障诊断工作中不可按少的工具。在测试数字电路、研制和维修电子计算机、微处理器以及各种集成化数字仪表和装置中具有广泛的用途；还是数字系统设计、侦错、软件开发和仿真的必备仪器；作为硬件设计中必不可少的检测工具，还可将其引入实验教学中，建立直观感性的印象，提升学生的硬件设计能力，可以全面提高教学质量；随着科技的发展，LA在多通道、大存储量、高采样速率、多触发功能方面得到更快的发展，在航天、军事、通信等数字系统领域得到越来越广泛的应用。 我们从上面可以看出逻辑分析仪在各个领域的广泛应用。那么我们在学习、应用的同时设计并制作一个简易的逻辑分析仪就显的意义重大了，这样这个过程既可以让我们更加深入理解其原理，又可以提高动手设计并制作整个系统电路的能力，还可以将其作为简易仪器应用于以后的实验中。 1.1系统概述 因在本节中，我们将对简易逻辑分析仪的应用进行分析。给出它的特点，能实现的功能以及系统的简单操作 1.1.1 系统的特点 逻辑分析仪也称逻辑示波器，它是用来分析数字系统逻辑关系的一种仪器。逻辑分析仪的主要作用有二个：一是用于观察的形式显示出数字系统的运行情况，相当于扩展了人们的视野，起一个逻辑显示器的作用；二是对系统运行进行分析和故障诊断。

简易频谱分析仪

简易频谱分析仪[ 2005年电子大赛二等奖] 摘要：本设计以凌阳16位单片机SPCE061A为核心控制器件，配合Xilinx Virtex-II FPGA及Xilinx公司提供的硬件DSP高级设计工具System Generator，制作完成本数字式外差频谱分析仪。前端利用高性能A/D对被测信号进行采集，利用FPGA高速、并行的处理特点，在FPGA内部完成数字混频，数字滤波等DSP 算法。 SPCE061A单片机是整个设计的核心控制器件，根据从键盘接受的数据控制整个系统的工作流程，包括控制FPGA工作以及控制双路D/A在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接口使用128×64液晶和4×4键盘。本系统运行稳定，功能齐全，人机界面友好。 关键字：SPCE061A 简易频谱分析仪 一、方案论证 频谱分析仪是在频域上观察电信号特征，并在显示仪器上显示当前信号频谱图的仪器。从实现方式上可分为模拟式与数字式两类方案，下面对两种方案进行比较： 方案一：模拟式频谱分析仪 模拟方式的频谱仪以模拟滤波器为基础，通常有并行滤波法、顺序滤波法，可调滤波法、扫描外差法等实现方法，现在广泛应用的模拟频谱分析仪设计方案多为扫描外差法，此方案原理框图如图1.1：

图 1.1 模拟外差式频谱仪原理框图 图中的扫频振荡器是仪器内部的振荡源，当扫频振荡器的频率在一定范围内扫动时，输入信号中的各个频率分量在混频器中产生差频信号 （），依次落入窄带滤波器的通带内（这个通带是固定的），获得中频增益，经检波后加到Y放大器，使亮点在屏幕上的垂直偏移正比于该频率分量的幅值。由于扫描电压在调制振荡器的同时，又驱动X放大器，从而可以在屏幕上显示出被测信号的线状频谱图。这是目前常用模拟外差式频谱仪的基本原理。模拟外差式频谱仪具有高带宽和高频率分辨率等优点，但是模拟器件调试复杂，短期实现有难度，尤其是在对频谱信息的存储和分析上，逊色于新兴的数字化频谱仪方案。 方案二：数字式频谱分析仪 数字式频谱仪通常使用高速A/D采集当前信号，然后送入处理器处理，最后将得到的各频率分量幅度值数据送入显示器显示，其组成框图如图1.2： 图 1.2 数字式频谱仪组成框图

基于51单片机的简易逻辑分析仪设计说明书

word文档整理分享 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

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1.0V～4.0V 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。

图1 系统框图 3 设计原理分析 3.1 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1KΩ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。 EA/VP 31X119X218RESET 9 RD 17WR 16 INT012INT113T014T115P101P112P123P134P145P156P167P178P0039P0138P0237P0336P0435P0534P0633P0732P2021P2122P2223P2324P2425P2526P2627P27 28 PSEN 29 ALE/P 30TXD 11RXD 10U18051 P10 P11P12P13P14P15P16P17P00P01P02P03P04P05P06P07P20P21P22P23P24P25P26P27 123456789J1 1K +5 Y112M +5 RXD TXD RD WR T0T1INT0INT1C3 22p F C4 22p F R28.2K C110u F +5 12J6CON2 KEY1SW2 R1100 . .

简易逻辑分析仪

安阳工学院电子信息与电气工程学院 《EDA技术》课程大作业 题目：简易逻辑分析仪 班级： 2011级电子信息工程一班 评分标准： 1、题目难易度。 10% 2、设计和结论正确，分析清晰合理。 40% 3、大作业报告阐述清晰，格式规范。 20% 4、陈述清晰，回答问题正确。 30% 大作业成绩 总成绩=T+J*40%+(J+J*(X-1/N))*30% T为回答问题成绩，J为教师成绩，X为学生自评分值，N为小组人数

简易逻辑分析仪 1. 设计任务 逻辑分析仪可以将数字系统中的脉冲信号、逻辑控制信号、总线数据甚至毛刺脉冲都能同步高速的采集进该仪中的高速RAM中暂存，以备显示和分析。我们所设计的简易逻辑分析仪是一个8通道的逻辑数据采集电路，它可以将输入到RAM中的计数结果通过输出线完整地按地址输出出来，其中CLK(时钟信号)，CLK_EN(时钟使能信号)，CLR(清零端)，WREN(写入允许控制)和DIN（7..0）（写入允许控制），OUTPUT(八位数据输出)。预期可以将输入到简易逻辑分析仪中的数据可以完整的读取出来。 2.设计方案 我们所设计的简易逻辑分析仪主要有三个功能模块构成：一个8位LMP_RAM0，存储1024个字节，有十根地址线；一个十位计数器LMP_COUNTER和一个锁存器74244。设计思路框图如下图一： 图一设计思路框图 3. 方案实施 3.1、LPM计数器模块的设计 首先打开一个原理图编辑窗，存盘取名为 eda1,然后建成工程，在进入本工程的原理图,单击Mega Wizard Plug-In Manger 管理器按钮，然后进入如图二所示的窗口,选择LPM-COUNTER模块，再选择CycloneⅢ和VHDL;文件名为CONT10B。

简易逻辑分析仪

简易逻辑分析仪 摘要 本系统基于逻辑分析仪原理，以AT89C系列单片机为核心，设计制作完成了简易逻辑分析仪。本系统主要由数字信号发生器模块、采集存储和示波器显示模块、人机交互模块三部分组成。基于题目要求，本系统对触发方式、信号采集存储、示波器显示波形和时间标志线、友好的人机界面等功能进行了重点设计。经测试，各项指标均满足基本部分和发挥部分的要求，并且有些指标超出题目要求。 关键字：逻辑分析仪；单片机；液晶 Abstract： Keywords: Signal Oscilloscope;MCU;LCM 1、 总体方案设计 1. 方案比较和选择 方案一：纯FPGA/CPLD（可带IP核）或FPGA/CPLD与单片机结合方式。即由FPGA/CPLD产生数字序列信号，判断单、三级触发信号，设定门限电压，采集、存储、显示被测信号；由IP核实现人机交互及信号测量分析等功能；或由单片机完成IP核实现的功能。此方案优点是速度快、精度高。缺点是软硬件复杂、调试困难、程序不易控制、性价比极低；而且体现不出本方案的优势。 方案二：纯单片机方式。即由多片单片机分别完成数字序列发生器，判断触发信号、数据采集、存储、显示，人机交互、门限电压设定

等功能。优点是操作方便、软件结构清晰、控制灵活、调试容易、性价比较高。本系统对速度的要求不是很高，所以单片机完全能够胜任。 2. 系统设计方案 本系统以三片单片机AT89C51为核心，将设计任务分解为数字信号发生器模块、采集存储和示波器显示模块、人机交互模块三部分。其中核心和关键部分是采集存储和示波器显示模块，另外两个模块起辅助作用。总体系统框图如图1所示。 图1 2、 电路设计与分析 1.可预置的8路数字信号发生器 本模块用于产生8路可预置的重复循环移位逻辑信号序列，输出信号为TTL电平，序列时钟频率为100Hz。输出数字信号如图2示例所示。

简易信号发生器设计制作

简易信号发生器设计制作 一、训练目的 （1）掌握正弦波、三角波、矩形波和方波发生电路的工作原理； （2）学会正弦波、三角波、矩形波和方波发生电路的设计方法； （3）进一步熟悉电子线路的安装、调试、测试方法。 二、工作原理 正弦波、三角板、矩形波是电子电路中常用的测试信号，如测试放大器的增益、通频带等均要用到正弦信号作为测试信号。下面分别介绍产生这三种信号电路结构和工作原理。 1．正弦信号发生器 正弦信号的产生电路形式比较多，频率较低时常用文氏电桥振荡器，图7-1为实用文氏电桥振荡电路。图中R 1、R 2、R 3、RW 2构成负反馈支路，二极管D 1、D 2构成稳幅电路，C 2、R 11（或R 12或R 13）、C 1、R 21（或R 22或R 23）串并联电路构成正反馈支路，并兼作选频网络。调节电位器RW 2可以改变负反馈的深度，以满足振荡的振幅条件和改善波形。二极管D 1、D 2要求温度稳定性好，特性匹配以确保输出信号正负半周对称，R 4接入用以消除二极管的非线性影响，改善波形失真。如K1接电阻R 11、K2接R 21，并且R 11= R 21=R ，C 1= C 2=C ，则电路的振荡频率为： 1 2f RC π= （7-1） 起振的幅值条件： 1 1f v R A R =+ （7-2） 图7-1 正弦信号发生器 通过调整RW 2可以改变电路放大倍数，能使电路起振并且失真最小。该电路可通过开关K1、K2选择不同的电阻以得到不同频率的信号输出。 2．方波和矩形波发生器

方波发生电路如图7-2，其基本原理是在滞回比较器的基础上增加了由R 4和C 1构成的积分电路，输出电压通过该积分电路送人到比较器的反相输入端。其中R 3 、D Z1和D Z2构成双向限幅电路，这样就构成了方波发生器电路，其工作原理如下： 假设在接通电源瞬间，输出电压o v 为Z V +(稳压二极管D Z1、D Z2额定工作时的稳压值)，这时比较器同相端的输入电压为 2 12 Z R v V R R +≈ + （7-3） 同时输出电压o v 会通过电阻R 4给C 1充电，反相端的输入电压v -就会逐步升高，当反向输入端的电压v -略大于同相端输入电压v +时，比较器输出电压立即从Z V +翻转为Z V -，这时输出端电压o v 为Z V -，比较器同相端输入电压v +'为 2 12 Z R v V R R +'≈- + （7-4） 这时输出的电压o v 会通过R 4对C 1进行反向充电，当反相输入端的电压略低于v +'时，输出状态再翻转回来，如此反复形成方波信号。所产生方波信号的频率为 41 1 2f R C = 方波 （7-5） R 4 o 图7-2 方波发生电路

信号发生器的设计实现

电子电路综合设计 总结报告 设计选题 ——信号发生器的设计实现 姓名：*** 学号：*** 班级：*** 指导老师：*** 2012

摘要 本综合实验利用555芯片、CD4518、MF10和LM324等集成电路来产生各种信号的数据，利用555芯片与电阻、电容组成无稳态多谐振荡电路，其产生脉冲信号由CD4518做分频实现方波信号，再经低通滤波成为正弦信号，再有积分电路变为锯齿波。此所形成的信号发生器，信号产生的种类、频率、幅值均为可调，信号的种类、频率可通过按键来改变，幅度可以通过电位器来调节。信号的最高频率应该达到500Hz以上，可用的频率应三个以上，T,2T,3T或T,2T,4T均可。信号的种类应三种以上，必须产生正弦波、方波，幅度可在1~5V之间调节。在此过程中，综合的运用多科学相关知识进行了初步工程设计。

设计选题： 信号发生器的设计实现 设计任务要求： 信号发生器形成的信号产生的种类、频率、幅值均为可调，信号的种类、频率可通过按键来改变，幅度可以通过电位器来调节。信号的最高频率应该达到500Hz以上，可用的频率应三个以上，T,2T,3T 或T,2T,4T均可。信号的种类应三种以上，必须产生正弦波、方波，幅度可在1~5V之间调节。 正文 方案设计与论证 做本设计时考虑了三种设计方案，具体如下： 方案一 实现首先由单片机通过I/O输出波形的数字信号，之后DA变换器接受数字信号后将其变换为模拟信号，再由运算放大器将DA输出的信号进行放大。利用单片机的I/O接收按键信号，实现波形变换、频率转换功能。

基本设计原理框图（图1） 时钟电路 系统的时钟采用内部时钟产生的方式。单片机内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，该高增益反相放大器的输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2。这两个引脚跨接石英晶体振荡器和微调电容，就构成一个稳定的自激振荡器。晶振频率为11.0592MHz，两个配合晶振的电容为33pF。 复位电路 复位电路通常采用上电自动复位的方式。上电自动复位是通过外部复位电路的电容充电来实现的。 程序下载电路 STC89C51系列单片机支持ISP程序下载，为此，需要为系统设计ISP下载电路。系统采用MAX232来实现单片机的I/O口电平与RS232接口电平之间的转换，从而使系统与计算机串行接口直接通信，实现程序下载。 方案一的特点： 方案一实现系统既涉及到单片机及DA、运放的硬件系统设计，

简易逻辑分析仪

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。

基于DSP的简易频谱分析仪设计

基于DSP的简易频谱分析仪设计 摘要 我们对一个信号的认识只在时间域是远远不够的，所以还要在频域去认识和分析它。在电子测量中，测量网络阻抗特性以及传输特性是经常遇到的问题问题，其中，幅频特性、增益和衰减特性、相频特性等是属于传输特性内的。它很大程度方便了调整，校准被测网络及排除故障。 本此设计制作了一个简易频谱分析仪从而可以更直观的看到信号的特性。为了实现这一目标，我们需要利用快速傅里叶变换（FFT）来实现对信号的频谱分析。由于DSP可以处理比较复杂的算法本次设计采用FFT算法通过DSP分析显示输入波形的频率值。 关键词：频谱分析DSP FFT 显示频率

The Simple Spectrum Analyzer Design Based on DSP Abstract We can’t know a signal only in the time domain .It is far from enough, so we also recognize and analyze it in the frequency domain. In the electronic measurement, impedance and transmission characteristics of the network are often encountered in the measurement problems; Transmission characteristics include the gain characteristics, attenuation characteristics, amplitude-frequency characteristic and phase frequency characteristics. It provides a great convenience for the adjustment of the network under test, calibration and troubleshooting. We design a simple spectrum analyzer to see the characteristics of the signal more intuitively. In order to achieve this goal, we need to use the fast Fourier transform ，that is FFT which make spectrum analysis of the signal. Since the DSP can solve the more complex algorithms than others. Hence, we designed a simple spectrum analyzer using the FFT algorithm by DSP to show the frequency of the input waveform. Key word s: Spectrum Analyzer ; DSP; FFT ; Frequency Display

逻辑分析仪使用教程

声明: 本文来自 另外,将68013制作逻辑分析仪的原理说明简单整理了一下,大家可以瞧瞧,如果想DIY也就不难了。点击此处下载ourdev_578200、pdf(文件大小:203K)(原文件名:逻辑分析仪开发手册、pdf) 前言 一、什么就是逻辑分析仪 二、使用介绍 三、安装说明 四、Saleae软件使用方法 五、逻辑分析仪硬件安装 六、使用Saleae分析电视红外遥控器通信协议 七、使用Saleae分析UART通信 八、使用Saleae分析IIC总线通信 九、使用Saleae分析SPI总线通信 十、Saleae逻辑分析仪使用问题与注意事项

淘宝地址: (原文件名:21、jpg) 前言: 工欲善其事,必先利其器。逻辑分析仪就是电子行业不可或缺的工具。但就是由于一直以来,逻辑分析仪都属于高端产品,所以价格居高不下。因此我们首先要感谢Cypress公司,提供给我们68013这么好的芯片,感谢俄罗斯毛子哥将这个Saleae逻辑分析仪开源出来,让我们用平民的价格,就可以得到贵族的待遇,获得一款性价比如此之高的逻辑分析仪,可以让我们在进行数字逻辑分析仪的时候,快速查找并且解决许多信号、时序等问题,进一步提高我们处理实际问题的能力。 原本计划,直接将Saleae的英文版本使用手册直接翻译过来提供给大家,我花费半天时间翻译完后,发现外国人写的东西不太符合我们国人的思维习惯,当然,也就是由于我的英语水平有限,因此,我根据自己摸索这个Saleae的过程,写了一份个人认为符合中国人习惯的Saleae,提供给大家,希望大家在使用过程中少走弯路,快速掌握使用方法,更快的解决自己实际遇到的问题。 由于个人水平有限,因此在文章撰写的过程中难免存在问题与错误,如果有任何问题,希望大家能够提出来,我会虚心接受并且改进,希望通过我们的交流,给越来越多的人提供更加优秀的资料,共同进步。 一、什么就是逻辑分析仪: 逻辑分析仪就是一种类似于示波器的波形测试设备,它通过采集指定的信号,并通过图形或者数据统计化的方式展示给开发人员,开发人员通过这些图形化时序信号按照协议来分析硬件或者软件中的错误。逻辑分析仪就是设计中不可缺少的设备,通过它,可以迅速定位错误,发现并解决问题,达到事半功倍的效果,尤其在分析时序,比如1wire、I2C、UART、SPI、CAN等数据的时候,应用逻辑分析仪解决问题非常快速。 如果在您的工作中有数字逻辑信号,您就有机会使用逻辑分析仪。因此应选好一种逻辑分析仪,既符合所用的功能,又不太超越所需的功能。用户多半会找一种容易操作的仪器,它在功能控制上操作步骤较少,菜单种类也不多,而且不太复杂。而Saleae就就是一种低端的,比较适合大众化的逻辑分析仪,价格便宜,而且常用的逻辑分析功能足够,人机界面人性化,非常适合实用。 以下就是一个Saleae分析I2C时序的一个典型例子:从图中我们可以清晰的瞧到,起始信号start,从地址就是0x50的器件中去读取数据,第一个字节就是0xc0,第二个字节就是0x50,有了逻辑分析仪,我们可以快捷的找出我们的I2C时序读写数据的正确与否,可以很快将问题解决。后边的讲解中,我会详细讲解逻辑分析仪分析红外遥控器,UART时序,I2C时序的具体方式方法。

简易函数信号发生器

课程设计任务书 （一）设计目的 1、掌握信号发生器的设计方法和测试技术。 2、了解单片函数发生器IC8038的工作原理和应用。 3、学会安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路小系统。 （二）设计技术指标与要求 1、设计要求 （1）电路能输出正弦波、方波和三角波等三种波形； （2）输出信号的频率要求可调； （3）拟定测试方案和设计步骤； （4）根据性能指标，计算元件参数，选好元件，设计电路并画出电路图； （5）在面包板上或万能板或PCB板上安装电路； （6）测量输出信号的幅度和频率； （7）撰写设计报告。 2、技术指标 频率范围：100Hz~1KHz 1KHz~10KHz； 输出电压：方波V P-P≤24V，三角波V P-P=6V，正弦波V P-P=1V；方波t r小于1uS。 （三）设计提示 1、方案提示： （1）设计方案可先产生正弦波，然后通过整形电路将正弦波变成方波，再由积分电路将方波变成三角波；也可先产生三角波-方波，再将三角波变成正弦波。 （2）也可用单片集成芯片IC8038实现，采用这种方案时要求幅度可调。 2、设计用仪器设备： 示波器，交流毫伏表，数字万用表，低频信号发生器，实验面包板或万能板，智能电工实验台。 3、设计用主要器件： （1）双运放NE5532（或747）1只（或741 2只）、差分管3DG100 4个、电阻电容若干； （2）IC8038、数字电位器、电阻电容若干。 4、参考书： 《电子线路设计·实验·测试》谢自美主编华中科技大学出版社 《模拟电子技术基础》康华光主编高等教育出版社 《模拟电子技术》胡宴如主编高等教育出版社 （四）设计报告要求 1、选定设计方案； 2、拟出设计步骤，画出设计电路，分析并计算主要元件参数值； 3、列出测试数据表格； 4、调试总结，并写出设计报告。 （五）设计总结与思考 1、总结信号发生器的设计和测试方法；

函数信号发生器设计报告

函数信号发生器设计报告 目录 一、设计要求 .......................................................................................... - 2 - 二、设计的作用、目的 .......................................................................... - 2 - 三、性能指标 .......................................................................................... - 2 - 四、设计方案的选择及论证 .................................................................. - 3 - 五、函数发生器的具体方案 .................................................................. - 4 - 1. 总的原理框图及总方案 ................................................................. - 4 - 2.各组成部分的工作原理 ................................................................... - 5 - 2.1 方波发生电路 .......................................................................... - 5 - 2.２三角波发生电路 .................................................................... - 6 - 2.３正弦波发生电路 .................................................................. - 7 - 2.４方波---三角波转换电路的工作原理 ................................ - 10 - 2.５三角波—正弦波转换电路工作原理 .................................. - 13 - 3. 总电路图 ....................................................................................... - 15 - 六、实验结果分析 ................................................................................ - 16 - 七、实验总结 ........................................................................................ - 17 - 八、参考资料 ........................................................................................ - 18 - 九、附录：元器件列表 ........................................................................ - 19 -