专利名称：基于fpga的便携式逻辑分析仪的制作方法
技术领域：
逻辑分析仪是利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器，最主要作用在于时序判定。由于逻辑分析仪不像示波器那样有许多电压等级，通常只显示两个电压(逻辑I和0)，因此设定了参考电压后，逻辑分析仪将被测信号通过比较器进行判定，高于参考电压者为High，低于参考电压者为Low，在High与Low之间形成数字波形。例如一个待测信号使用200MHz采样率的逻辑分析仪，当参考电压设定为I. 5V时，在测量时逻辑分析仪就会平均每5ns采取一个点，超过I. 5V者为High (逻辑I)，低于I. 5V者为Low (逻辑0)，而后的逻辑I和O可连接成一个简单波形，工程师便可在此连续波形中找出异常错误(bug)之处。整体而言，逻辑分析仪测量被测信号时，并不会显示出电压值，只是High跟Low的差别；如果要测量电压就一定需要使用示波器。除了电压值的显示不同外，逻辑分析仪与示波 器的另一个差别在于通道数量。一般的示波器只有2个通道或4个通道，而逻辑分析仪可以拥有从16个通道、32个通道、64个通道和上百个通道数不等，因此逻辑分析仪具备同时进行多通道测试的优势。
背景技术：
在开发数字电路的产品时都会遇到各种各样的故障。据统计，研发产品时花在查错的时间要远比设计时间要多，所以为了提高产品研发效率，缩短上市时间和更快的占领市场，工程师们都会用逻辑分析仪直观地观测问题所在，从而迅速解决问题并大大加快研发速度。逻辑分析仪是一种类似于示波器的波形测试设备，它可以监测硬件电路工作时的逻辑电平(高或低)，并加以存储，用图形的方式直观地表达出来，便于用户检测，分析电路设计(硬件设计和软件设计)中的错误，逻辑分析仪是设计中不可缺少的设备，通过它，可以迅速地定位错误，解决问题，达到事半功倍的效果。根据硬件设备设计上的差异，目前市面上逻辑分析仪大致上可分为独立式(或单机型)逻辑分析仪和需结合电脑的PC-based卡式虚拟逻辑分析仪。独立式逻辑分析仪是将所有的测试软件、运算管理元件以及整合在一台仪器之中；卡式虚拟逻辑分析仪则需要搭配电脑一起使用，显示屏也与主机分开。就整体规格而言，独立式逻辑分析仪已发展到相当高标准的产品，例如采样率可达8GHz、通道数可扩充到300个通道以上，存储深度相对也高，独立式逻辑分析仪以往价格昂贵，从几万到数十万人民币不等，一般用户很少用得起。基于计算机接口的卡式虚拟逻辑分析仪，以较小的成本提供了相应的性能，但是卡式虚拟逻辑分析仪有一些不足首先，其使用需要高度依赖计算机，在没有计算机的情况下无从使用。其二，卡式虚拟逻辑分析仪虽然便携，但整个卡式芯片仅负责信号的采集和发送给电脑，主要处理部分在计算机上的软件，是利用软件来实现逻辑分析仪的功能，故称为虚拟逻辑分析仪。而采用软件处理的速度相对纯硬件处理来说要慢些
发明内容
本发明针对目前卡式虚拟逻辑分析仪的不足，提出利用FPGA加VGA显示器来实现一个便携式逻辑分析仪。在设计中，主要有如下几个优势。首先解决了目前卡式逻辑分析仪高度依赖计算机的缺点，只需要一块带VGA接口的卡板，加VGA显示器就可以实现便携式逻辑分析仪，真正实现了便携的特点。其次，由于FPGA技术具有速度快，资源占用少，灵活性高，成本低等突出特点，因此采用FPGA技术实现的整个系统相对与卡式虚拟逻辑分析仪具有速度快，实时性高等特点。
再者，整个系统具有多种功能，能够配置不同的触发方式和触发模式，并且能够配置十种不同的采样频率。同时还可以扩展通道，满足实用需求。整个发明达到了如下功能要求
(I)本逻辑分析仪能稳定工作在IOOMHz的时钟频率下，显示数据深度为64位(可以通过简单配置移位寄存器的深度改变数据深度)。(2)本逻辑分析仪采用6路(并可以经过简单配置达到64路)信号捕获输入通道，6路采样通道均支持上升沿或下降沿触发。(3)本逻辑分析仪可通过拨动开发板上的拨码开关配置三种采样模式模式一——显示触发后64位数据；模式二——显示触发前后32位数据；模式三——显示触发前64位数据。(4)本逻辑分析仪使用带VGA接口的显示器作为波形显示工具，工作在60Hz/640*480分辨率下，以每8个像素点为单位作为一个采样数据的显示长度。(5)支持波形的放大与平移，通过拨动开发板上拨码开关实现相应功能。(6)本逻辑分析仪除了有一个FPGA的系统复位按键外(通过拨码开关实现)，还有一个逻辑分析仪的采样清除按键(通过按键开关实现)，低有效。用于清除当前采样波形，以开始一个新的采样触发。(7)本发明支持 10 中采样频率100M, 50M, 25M, 10M, 2M, 1M, 500K, 200K, 100K, IOK;
通过开发板上按键实现采样频率的增加与减少。可调的采样频率(采样周期)如下表所示，
共分10个等级。
权利要求
1.一种基于FPGA的便携式逻辑分析仪,用Verilog硬件描述语言在Quartus II开发平台上进行编程实现，以ALTERA公司的DE2和DEO为硬件平台，设计了一个基于FPGA的可灵活配置便携式逻辑分析仪，其基本特征为在FPGA平台上开发实现了包括采样模块，同步模块和VGA显示模块共三个模块，再加上相关的外围电路能在IOOMHz的频率下进行稳定的工作。
2.根据权利要求I所述的一种基于FPGA的便携式逻辑分析仪，其所具有的功能是支持3种采样模式，10种不同采样频率，具有6个采样通道，每个通道均支持上升沿或下降沿两种触发方式，并且可实现采样结果的放大与平移。
3.根据权利要求I所述的一种基于FPGA的便携式逻辑分析仪，其所具有的特点是不依赖计算机，不需要操作系统支持，方便携带，采用FPGA技术设计，成本低，速度快，资源占用少，可重构性强，可靠性高，能够满足高速实时的应用需求。
4.根据权利要求I所述的一种基于FPGA的便携式逻辑分析仪，其完成后可工作最简结构特征是一块带VGA接口硬件开发板，以及任意具有VGA接口的显示器，组成了本逻辑分析仪的最小系统，采样探头是飞行器式的接口。
全文摘要
本设计针对当前卡式虚拟逻辑分析仪需要依赖计算机的不足，采用实时性、可重构性及可靠性好的FPGA技术设计并实现了一个便携式的逻辑分析仪。此逻辑分析仪支持3种采样模式，10种不同采样频率；并且具有6个采样通道，每个通道均支持上升沿或下降沿两种触发方式。整个系统采用黑盒测试方法，对所设计的各项功能进行了详细的测试。实现证明，该逻辑分析仪达到了预期的目标，具有成本低，方便携带的特点。
文档编号G06F11/25GK102831041SQ20121032311
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月5日 优先权日2012年9月5日
发明者杨军, 王小军, 舒平平, 赵嘎, 陈成, 李剑, 孔延兵, 杜琛 申请人:云南大学