调试助手——逻辑分析仪

2015-05-15 10:29:18   来源:ednchina   

关键字: 调试助手  逻辑分析仪

单片机开发工程师和电子爱好者,每天都要和各种各样的数字电路打交道。在制作调试电路时会使用万用表、示波器等工具,但是某些电路,用示波器测量起来就有些力不从心了,这是可以借用逻辑分析仪来做测试。那么网友们会问,什么时候应该使用示波器,什么时候应该使用逻辑分析仪呢?下面残弈悟恩简单对两者做一个比较。

10.1 示波器和逻辑分析仪的比较

10.1.1 何时使用示波器?
  • 当您需要看到信号上小的电压变化
  • 当您需要很高的时间间隔精度

一般来说,在需要高垂直或电压分辨率时应使用示波器。即如果您需要看到如图10-1所示的每一微小电压变化,就应使用示波器。许多示波器,包括新一代数字示波器,还能够提供非常高的时间间隔分辨率。也就是能以很高的精度测量两个事件间的时间间隔。总之,当您需要参数信息时,就应使用示波器。

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图10-1

10.1.2 何时使用逻辑分析仪?

  • 当您需要同时看到许多信号
  • 当您需要以与硬件相同的工作方式观察系统中的信号
  • 当您需要在若干信号线的高或低电平上进行码型触发,并观察结果

逻辑分析仪源于示波器。它们用和示波器相同的方式展现数据,水平轴代表时间,垂直轴代表电压幅度。但与示波器提供很高的电压分辨率及时间间隔精度不同,逻辑分析仪能同时捕获和显示数百个信号,这是示波器达不到的。当系统中的信号穿越阈值电平时,逻辑分析仪的反应与您的逻辑电路相同。它能识别信号是低电平还是高电平。它也能在这些信号的高和低电平的码型上触发。一般来说,当您需要观察多于示波器通道数的信号线,并且不需要精密的时间间隔信息时,就应使用逻辑分析仪。如果您需要得到像上升和下降时间这类参数信息时,逻辑分析仪并非好的选择。而在观察总线 — 例如微处理器地址、数据或控制总线上的时间关系或数据时,逻辑分析仪是特别有用的。逻辑分析仪还能解码微处理器总线信息,并以有意义的形式呈现。总之,当您完成了参数设计阶段,开始关注许多信号间的定时关系和需要在逻辑高和低电平码型上触发时,逻辑分析仪就是有利的工具,如图10-2所示。

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图10-2 逻辑分析仪采样图

10.2 什么是逻辑分析仪

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,最主要的作用在于时序判定。逻辑分析仪与示波器不同,它不能显示连续的模拟量波形,而只显示高低两种电平状态(逻辑1和0)。使用逻辑分析仪,可以方便地设置信号触发条件开始采样,分析多路信号的时序,捕获信号的干扰毛刺,也可以按照规则对电平序列进行解码,完成通信协议分析,如1wire、I2C、UART、SPI、CAN等数据的时候,应用逻辑分析仪解决问题可以达到事半功倍的作用。

10.2.1 逻辑分析仪的工作原理

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图10-3 数据采集原理图

在设置了参考电压(阈值)后,逻辑分析仪将采集到的信号与电压比较器比较,高于参考电压的为逻辑1,低于参考电压的为逻辑 0。这样就可以将被测信号以时间顺序显示为连续的高低电平波形,便于使用者进行分析和调试,如图10-3所示,就是以“阈值”作为参考值来采样的数据图形。

10.2.1 逻辑分析仪的分类

逻辑分析仪根据其硬件设备的功能和复杂程度,主要分为独立式(单机型)逻辑分析仪和基于电脑(PC-Base)的虚拟逻辑分析仪两大类。独立式逻辑分析仪是将所有的软件,硬件整合在一台仪器中,使用方便。虚拟逻辑分析仪则需要结合电脑使用,利用PC强大的计算和显示功能,完成数据处理和显示等工作。

专业逻辑分析仪,通常具有数量众多的采样通道,超快的采样速度和大容量的存储深度,但昂贵的价格也不是每个穷屌丝所能承受起的。作为工程师手头常备的开发工具,目前有许多入门级的逻辑分析仪设计,整体功能虽然不能和专业高档仪器相比,但是用较低的成本来实现特定的功能,也是非常成功的设计。

另一类的逻辑分析仪,是以低速单片机为基础的。很多爱好者用PIC、AVR等常见单片机设计了自己的作品。但这类基于单片机的逻辑分析仪共同弱点就是采样速度太慢,通常不超过1MHz。

以USB IO芯片为基础的入门级逻辑分析仪现在最为流行。比如Saleae logic(实物如图10-4所示),还有类似的USBee等。这类产品主要采用一个USB IO芯片,例如CYPRESS公司的CY7C68013A,所有的信号触发和处理工作都是电脑上的软件完成的,硬件部分就只是一个数据采集、记录仪。最高采样速度24MHz。它们可以“无限数量”地采样,因为所有的数据都是存储在电脑里的。目前一般最多是8个通道,更多的通道数量会成比例地降低最高采样速度。这类产品构造简单,方便易用,价格便宜,是调试单片机开发工作的好工具。它的缺点主要是采样速度只有24MHz、8个通道,对于分析高速并行总线就不能胜任了。更进一步的设计,需要增加FPGA、SRAM等器件,才能解决速度不够和通道数量不足的问题。

图10-4 Saleae logic Analyzer实物图

10.3 Logic软件的相关概述

上面我们已经提到,这个逻辑分析仪需要借助软件来完成,因此我们首先的安装该上位机软件。

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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0515/article_11790.html
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