基于FPGA的虚拟逻辑分析仪的设计

摘要

随着大规模集成电路和微型计算机的发展,数字仪器的智能化程度越来越高。在数字系统设计和调试中,常产生传输延迟、竞争冒险、毛刺干扰等问题,这是传统仪器无法解决的。在这种情况下出现了适用于软、硬件分析的一种新型的数字域测试仪器——逻辑分析仪,它能够有效的解决数字系统中出现的问题。
　　 逻辑分析仪在数字系统调试中起着巨大的作用,但是价格十分昂贵,这很大程度上限制了它的市场范围。为了使更多用户使用到逻辑分析仪,本论文在对虚拟仪器技术、FPGA技术以及USB总线接口研究的基础上,设计了基于FPGA的虚拟逻辑分析仪。虚拟仪器技术是将计算机技术、传感器技术、数字处理等技术结合起来的产物,充分利用了计算机丰富的软硬件资源,突破了数据处理以及存储等方面的限制,是当今仪器发展的趋势；FPGA包含大量的逻辑门、I／O等资源,可利用其在线系统重构性实现所需要的逻辑功能。系统所使用的总线是USB总线接口,具有即插即用、传输速度快、通用性好等特点,将USB总线接口应用到虚拟逻辑分析仪的设计中,符合现代仪器发展趋势。本系统设计的虚拟逻辑分析仪将FPGA技术与虚拟仪器技术相结合,突出了新技术在智能仪器应用中的优势。该虚拟逻辑分析仪的价格只为传统逻辑分析仪的十分之一,是一款实用的数字域测试仪器。
　　 本系统采用了“PC+USB+FPGA”的设计方案。它包括硬件设计和软件设计两个方面。硬件系统设计是由Verilog HDL语言实现的,该硬件系统主要由毛刺检测模块、触发识别模块、触发产生模块、触发控制模块、存储控制模块、USB控制模块等构成,实现了对信号的采集及存储功能。软件设计包括用LabVIEW设计的应用界面、驱动程序设计、固件程序设计以及通信协议的制定。该虚拟逻辑分析仪可同时对16路数字信号进行同时检测。经在实验室测试,其功能可满足教学上的需要,具有一定的应用与推广前景。