基于计算机的逻辑分析仪。方案、说明

基于计算机的逻辑分析仪。无线电电子电气工程百科全书

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有关计算机主题的公共文献主要致力于个人计算机 (PC) 的传统用途 - 用于计算、创建和编辑文档、搜索和存储信息以及娱乐。关于使用 PC 设计各种电子设备的文章和书籍不太常见。几乎没有关于个人电脑如何帮助业余无线电爱好者设置和调试他创建的设备的材料。据信，为此，PC必须配备相当复杂且昂贵的附加板和机顶盒。然而，许多对业余无线电爱好者非常有用的功能通常可以使用每台 PC 中提供的标准设备（例如通信端口）来实现。本文将对此进行讨论。

每台 IBM 兼容 PC 都有两个串行通信端口，称为 COM 端口或 RS-232C 接口。鼠标操纵器通常连接到其中一个，没有它很难想象今天的有效工作，第二个通常保持空闲或不时用于连接外部调制解调器和其他不能正常工作的外围设备时间。

[232] 中详细描述了 RS-1C 接口信号集及其用途。所有这些都列在表中。 1 以及同一篇文章中未提及的 RI（环指示器，电路 125）。正如您所看到的，用户有三个输出和五个输入电路。在 COM 端口的输出处生成所需形状的信号并同时分析其输入状态的程序可以将 PC 变成内存多通道逻辑分析仪，具有宽范围的分析周期和丰富的同步、处理和显示功能。它在调试各种数字设备时非常有用。

基于计算机的逻辑分析仪

开发分析程序的主要困难是 IBM 兼容 PC 的标准硬件和软件配置，即使存在快速处理器和 RAM，也不允许使用 DOS 精确形成小于几百毫秒的间隔由于系统定时器溢出而导致处理器中断。在 Windows 上，定时器消息。由于这些事件发生的周期约为 55 毫秒，这就是时间计数“量子”的结果。尝试重新编程计时器会给所有正在运行的程序和操作系统本身带来不可预测的后果。

您可以通过计算程序运行的周期数来测量时间，并确保该过程不会被外部事件中断。但即使这样的任务在现代操作系统中也无法正确解决，此外，还需要根据每个 PC 硬件配置进行快门速度调整。在MS DOS中，此类问题更容易解决，但如果需要图形界面和辅助操作：计算、打印图形，则程序的开发变得太费力。

然而，使用任何操作系统，您都可以在串行端口的 TXD 输出处获得严格指定频率和形状的信号。如您所知，传输数据的比特率等于石英谐振器稳定的参考频率（115 200 Hz）除以系数M。系统软件根据标准信息传输速率选择和设置该系数。然而，没有什么可以阻止应用程序为 M 因子分配 1 到 216 -1 (0FFFFH) 之间的任何值。因此，在 TXD 输出处，可以获得频率从 57,6 kHz 到几分之一赫兹的脉冲，并且可以设置低于 12 kHz 的任意频率，误差不超过 +10，低于 1,2 kHz - +1 %。

串口通过其控制器的十个八位寄存器进行控制，称为通用异步收发器（UART，UART）。表中图 2 显示了这些寄存器在 PC 输入输出空间中的地址及其功能用途。很容易注意到其中一些具有相同的地址。对其他对象的访问还由行控制寄存器的最高有效位 (D7) 控制。如果有逻辑1，则访问速度分频寄存器（数字M的高字节和低字节），如果为0 - 发送器和接收器的数据，则启用中断。

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TXD 输出信号格式取决于写入行控制寄存器的代码。该代码的位 D1 和 D0 设置 UART 发送（或接收）的字中的信息位数。可以有 00 个（在上述数字中 - 代码 11）到 2 个（代码 0）。停止位的数量取决于位 D1 的状态：XNUMX - XNUMX； XNUMX - XNUMX。使用五个信息而不是两个停止位，传输一个信息，但持续时间为一个半，这样做是为了与旧的机械电传打字机兼容。

线路控制寄存器的位D3-D5控制奇偶校验位。如果D3=1，则在传输期间它被“插入”在最后一个信息和第一个停止位之间，否则它不存在。发送器自动选择该位的值，使得信息和控制位中的总数变为偶数（D4=1）或奇数（D4=0）。通过设置 D5=1 可以禁用该逻辑。无论信息位中有多少个“4”，控制位都将变为 DXNUMX 位的值的倒数。

位 D1 中的逻辑 6 启用模拟断开模式。在 TXD 输出端，无论所有其他位和寄存器的状态如何，都会设置恒定逻辑电平 0。位 D7 的用途如上所述。表中图3示出了TXD电路中各种频率和占空比的信号形成的一些示例，远未穷尽所有可能性。表中相应栏所示的波形可以直接在UART的TXD输出处观察到。在端口的外部连接器上，它是倒置的。然而，下面描述的接口设备将再次反转信号并且其形状将再次与表格一致。

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回想一下，写入发送器数据寄存器的字节的传输从最低有效位开始。由于一个字节仅传输一次，为了获得严格周期性的输出信号，需要在释放指定寄存器后立即重复加载该寄存器。线路状态寄存器中的 D5=1 表示已准备好写入新字节。

如果你不想浪费时间不断地轮询状态寄存器，你可以使用中断。通常，COM1 端口控制器生成 IRQ4，COM2 端口控制器生成 IRQ3。当发送器准备好时，必须通过向中断允许寄存器的位 D1 写入逻辑 1 来允许生成中断请求。当由于其他原因同时允许请求时，处理时应首先读取中断标识寄存器，确定其D2和D1位中存在二进制码10后，才向发送器数据写入一个新字节登记。

RTS 和 DTR 输出的信号电平取决于调制解调器控制寄存器的 D1 和 D0 位的状态。建议将该寄存器的位 D2 和 D3 写入逻辑 0。但在某些 PC 中，位 D3 的值为零会从中断控制器禁用 UART。如果在位D1中输入逻辑4，则TXD和RXD电路将在UART内部互连（所谓的“内部环路”），可用于调试和诊断目的。

调制解调器状态寄存器的位 D4、D5、D6 和 D7 显示四个输入处的当前信号电平 - 分别为 CTS、DTS、RI 和 DCD。 UART 的一个非常有用的属性是修复在程序调用该寄存器之间的时间间隔内更改位 D0-D3 中指定电路状态的事实。还存在用于更改调制解调器状态的中断。它们对应于中断允许寄存器的位D3和其识别寄存器的位D11和D2中的代码1。不幸的是，当将串行端口用于其预期目的时，RXD 输入电路对于所考虑的任务并不是很重要。

有关 UART 寄存器的用途和使用的更多详细信息，请参阅 [2] 等。

串行端口输入和输出的逻辑信号电平必须在 -3...-15 V（逻辑 1）和 +3...+15 V（逻辑 0）范围内。为了调试基于TTL和CMOS芯片的设备，必须对这些电平进行相应的转换。这可以使用接口单元来完成，其示意图如图 1 所示。 1、DD1微电路元件将端口的输出信号转换为所需电平，晶体管VT4-VT1上的开关管进行反向转换。开关 SAXNUMX 可以将端口输入之一直接连接到 TXD 输出。这对于分析过程的计时可能是必要的。

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XS1插头用长达数米的电缆连接到PC串口插座上，被调试的设备连接到XS2-XS11插座上。最好从公共电源为接口节点和正在调试的设备供电。通常，在被调试的设备中，不需要负电压来为晶体管VT1-VT4的集电极电路供电。在这种情况下，它们由“整流”二极管VD1-VD3馈送端口输出信号的负电压，这些信号处于逻辑1的状态。

作者开发的信号发生器和逻辑分析仪程序工作在32位Windows环境下。其主窗口“Analyzer”，如图2所示。图XNUMX是虚拟四通道(由端口输入电路的数量)存储示波器的屏幕。屏幕左侧是指示器（“发光二极管”），可以更轻松地观察缓慢的过程。启动程序后，必须在“端口”菜单中选择它将使用的通信端口。

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示波器扫描可以按指定周期连续扫描，也可以单次扫描（按相应按钮开始）。 “停止”按钮可用于“冻结”图像。打开“同步”窗口（图3）后，选择任一输入或输出信号作为同步信号。

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在“扫描”窗口（图 4）中，您可以设置分析的时钟频率及其持续时间。

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“Output Line Modes”对话框可以设置生成信号的频率和形状，如图 5 所示。 XNUMX.通过十位开关改变时钟分频比。程序计算并在窗口中显示与 TXD 输出处指定系数和所选信号形状相对应的频率和重复周期值。生成可以是连续的、单次的或突发的给定数量的脉冲。

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DTR 和 RTS 信号电平使用“0”和“1”按钮设置。此外，这些输出还可以产生“方波”或任意波形。

作者的信号发生器和逻辑分析仪程序

文学

Karmyzov A. IBM PC 的接口。 - 广播，1996 年，第 10 页。 24, 25; 第 11 页。 24-26。
Frolov A. V.、Frolov G. V. 调制解调器编程。 - M.：对话-MEPhI，1993 年。

作者：A. Schreiber，莫斯科

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