Логический анализатор приставка к ПК.

Автор: Виталий Барабаш
Опубликовано 22.09.2008

2008

Поздравляю уважаемого Кота с днём рождения ещё раз и в качестве подарка представляю на ваш суд свою конструкцию, а именно программно-аппаратный комплекс тридцати двух канальный логический анализатор с максимальной частотой дискретизации 100 мГц и объёмом памяти записи 128 килобайт. Связь с ПК осуществляется через SPP LPT порт, так что подойдут и старые ПК на базе Р-1 и PCMCI - LPT карты обычно работающие только SPP режиме, и имеющие не стандартные адреса. Всем известно, что при разработке, налаживании или ремонте цифровой электроники этот прибор порой очень необходим. В Интернете есть много материала на эту тему, много конструкций достойных повторения, но исполненных на элементах каких в Российской глубинке не найти. Решено было попробовать стряпать самому, благо перепала Альтеровская ПЛИСина ЕРМ3064АТС100-10, быструю память KM736V789T-60 выдрал из материнки ноутбука APPLE (кэш процессора, процессор IBM что-то типа пентиум-2). Поскольку количества выводов ПЛИС для проекта явно не достаточно пришлось усложнять схему ключами и мультиплексором.

Входные ключи выполнены на двух шинных формирователях 74FCT164245, по сути, эта микросхема - две 74245 в одном корпусе, но имеет функцию преобразования уровней 5 вольт в 3, что не мало важно. Входные формирователи так же полезны в деле защиты дорогих и дефицитных деталей от аварийного попадания на их выводы высокого напряжения. На двух микросхемах IDTQS32X245 (тоже 2 * 74245) собран мультиплексор, сужающий 32-ух разрядную шину ОЗУ в восьми разрядную для последующей передачи в ПК. Все эти микросхемы были сняты с материнских плат отслуживших ноутбуков с 486-ым процессором. Генератор на 100 мГц достать не удалось, пришлось собирать на микросхеме ICD2028 (снята с материнки 486-го ПК), на отдельной плате в виде стандартного узла. В ходе разработки и модернизации выяснилось, что ресурсов ПЛИС не достаточно для воплощения задуманного, а результаты изысканий внушали оптимизма, через посылторг была приобретена микросхема ЕРМ3128АТС100-7, что позволило комфортно приблизить проект к логическому завершению и оставить ресурсы для модернизации. Проект для ПЛИС разработан на MAX+plus II, для тех кто не знаком с азами разработки и программирования ПЛИС фирмы Altera, рекомендую прочитать статью Абрамова Сергея, ссылка на неё https://electronix.ru в разделе "статьи". Плата устройства разработана в P-CAD 2001 и довольно сложна для "утюжной" технологии, но как видите, нет ни чего не возможного.

Устройство пока находится в "без оболочном" исполнении и предусматривает подключение плат входных, и выходных разъёмов, на которых будут находиться подтягивающие к GND, и помехозащитные элементы. В перспективе, раздобыв приличные АЦП и ОУ анализатор можно превратить в четырёх канальный запоминающий осциллограф. Устройство потребляет от источника питания 5 вольт (с подключенным к этой линии 3-х вольтовым стабилизатором) порядка 130 мА из них 50 мА приходится на генератор, так что запитав его от USB ноутбука работающего на батарее получаем гальванически развязанный с сетью прибор. На принципиальной схеме не изображены блокировочные конденсаторы ёмкостью 0,1 мкФ которые необходимо устанавливать возле каждого вывода Vcc питания микросхем. Разъём Х1 предназначен для программирования ПЛИС, разъём Х2 и выводы 1, 2 разъёма Х3 для подключения к LPT порту, при чём разводка Х2 соответствует нумерации разъёма DB-25 LPT порта, выводы 1 и 2 разъёма Х3 соединяют с выводами 17, 18-25 LPT порта соответственно. На выводе 7 разъёма Х3 присутствуют импульсы с частотой дискретизации (для тактирования АЦП, на случай его подключения), выводы 3-6 зарезервированы, их необходимо оставить не подключенными к чему либо. Х4 предназначен для подключения питания, разъёмы Х5, Х6 для исследуемых сигналов. При повторении конструкции в качестве ОЗУ можно использовать микросхемы кэш памяти процессоров Пентиум-II и с натяжкой Пентиум-I (у них максимальная частота "клока" 79 мГц), главное, ширина шины данных должна быть 32 - 36 бит и ёмкость 128 кбайт. Лучше использовать микросхемы взятые из ноутбуков, в противном случае потребляемый устройством ток может возрасти в несколько раз. В качестве ключей можно использовать 74НС244 - 245 или другие с Z-состоянием на выходах, при этом придётся разводить плату и позаботится о согласовании уровней исследуемых сигналов.
Теперь не много о программе со стороны ПК. Она написана на Delphi 7, крайне проста, но основную функцию отображения сигналов выполняет. Из всех "удобств" только курсорные измерения, запуск синхронизации по фронту или спаду одного из каналов, сохранение изображения в файл ВМР, возможность выбора длинны записи в ОЗУ 1 кбайт или 128 кбайт (на малой частоте дискретизации при 128 кбайтной длине время записи достигает 3 минут). А так же временная лупа, возможность выбора длинны просматриваемой на экране страницы памяти 1 кбайт или 8 кбайт, возможность выбрать количество просматриваемых каналов 8, 16, 32. От длинны страницы, количества используемых каналов, мощности процессора ПК, частоты дискретизации зависит время записи, передачи и прорисовки изображения, и как следствие максимальная частота обновления экрана при автоматическом запуске. Так что при больших значениях каналов, килобайт, микросекунд просмотр в реальном времени не возможен. Максимальная частота обновления экрана 100 мСек. Размер окна программы ограничен для возможности использования комплекса на старом ноутбуке с размером дисплея 800*600 пикселей.
В заключение хотелось попросить профессиональных "ПЛИСоводов" и программистов не судить строго, ведь это первый мой опыт в построении устройства на программируемой логике, да и вообще мы от сохи т.е. любители.

Файлы:
Плата и схема в формате PCAD.
Проект для MAX plusII.
Программа для ПК.

Вопросы, как обычно, складываем тут.