基于MCS-51单片机与FPGA的简易逻辑分析仪设计

"全国一等奖简易逻辑分析仪_D题_1" 本文介绍了一款基于MCS-51系列单片机和Xilinx FPGA的简易逻辑分析仪设计方案，该系统能够同时对8路任意逻辑电平的数字信号进行采集、存储和显示，并具备多种触发条件。在设计过程中，团队对比了不同的方案，最终选择了以AT89C52单片机作为人机交互核心，Xilinx的XC2S100E FPGA作为控制和数据处理核心的方案。 在信号发生器方案的比较中，文章提到了两种方法。第一种是使用通用数字IC和555定时器，虽然硬件组件较为基础，但电路复杂，时钟频率稳定度不高，操作不便。第二种方案则利用VHDL编程的FPGA，能够更简单地实现高频率稳定性，且便于并行处理，因此被选中。 在逻辑分析仪的方案设计上，文章考虑了两种途径。第一种是采用两片MCS-51单片机，分别负责控制和信号采集，虽然系统规模小，但灵活性不足。第二种方案是利用FPGA和嵌入式微处理器，虽然简化了软件设计，但考虑到题目要求的100Hz采样频率，该方案无法完全发挥FPGA的优势，因此未被采纳。 最终确定的方案是结合了MCS-51单片机和Xilinx FPGA，前者主要处理人机交互，后者负责控制和数据处理。这个设计具有较高的灵活性，能够适应100kHz以下序列时钟频率的逻辑电平信号，并具有深度存储和分页显示功能，以及多级采样速率。系统还能准确显示触发点位置和时间标志线，通过同步电路确保信号变化只在时钟沿发生，以避免毛刺问题。 这款简易逻辑分析仪设计体现了硬件和软件的巧妙结合，充分利用了单片机的控制能力以及FPGA的并行处理能力，满足了低频数字信号的分析需求，同时也展现了在电子设计竞赛中对技术选择和优化的思考过程。