邏輯分析儀的使用

邏輯分析儀的使用

本文主要介紹邏輯分析儀的使用步驟與方法，從探頭與被測(cè)系統(tǒng)連接、設(shè)置時(shí)鐘模式和觸發(fā)功能、捕獲、分析、顯示波形數(shù)據(jù)等幾個(gè)方面介紹，重點(diǎn)介紹設(shè)置邏輯分析儀的時(shí)鐘模式和觸發(fā)條件，為初步使用邏輯分析儀的讀者打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：邏輯探頭、異步定時(shí)捕獲、同步狀態(tài)捕獲、觸發(fā)方式

何時(shí)需要使用邏輯分析儀
邏輯分析儀是數(shù)字設(shè)計(jì)驗(yàn)證與調(diào)試過(guò)程中公認(rèn)最出色的工具，它能夠檢驗(yàn)數(shù)字電路是否正常工作，并幫助用戶查找并排除故障。它每次可捕獲并顯示多個(gè)信號(hào)，分析這些信號(hào)的時(shí)間關(guān)系和邏輯關(guān)系；對(duì)于調(diào)試難以捕獲的、間斷性故障，某些邏輯分析儀可以檢測(cè)低頻瞬態(tài)干擾，以及是否違反建立、保持時(shí)間。在軟硬件系統(tǒng)集成中，邏輯分析儀可以跟蹤嵌入軟件的執(zhí)行情況，并分析程序執(zhí)行的效率，便于系統(tǒng)最后的優(yōu)化。另外，某些邏輯分析儀可將源代碼與設(shè)計(jì)中的特定硬件活動(dòng)相互關(guān)聯(lián)。邏輯分析儀可將源代碼與設(shè)計(jì)中的特定硬件活動(dòng)相互關(guān)聯(lián)。
當(dāng)您需要完成下列工作時(shí)，請(qǐng)使用邏輯分析儀：
·調(diào)試并檢驗(yàn)數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行；
·同時(shí)跟蹤并使多個(gè)數(shù)字信號(hào)相關(guān)聯(lián)；
·檢驗(yàn)并分析總線中違反時(shí)限的操作以及瞬變狀態(tài)；
·跟蹤嵌入軟件的執(zhí)行情況。

邏輯分析儀的使用步驟
使用邏輯分析儀與數(shù)字信號(hào)相連、捕獲數(shù)字信號(hào)并進(jìn)行分析，一般有以下4個(gè)步驟：
①用邏輯探頭與被測(cè)系統(tǒng)（DUT）相連；
②設(shè)置時(shí)鐘模式和觸發(fā)條件；
③捕獲被測(cè)信號(hào)；
④分析與顯示捕獲的數(shù)據(jù)。
以下，我們逐步介紹邏輯分析儀使用的每個(gè)步驟：

邏輯探頭
在使用邏輯分析儀測(cè)試中，首先選擇合適的邏輯探頭與被測(cè)系統(tǒng)（DUT）相連，探頭利用內(nèi)部比較器將輸入電壓與門限電壓相比較，確定信號(hào)的邏輯狀態(tài)（1或0）。門限值由用戶設(shè)定，范圍由邏輯分析儀本身決定，常用的邏輯電平為TTL電平、CMOS電平、ECL電平等等。
邏輯分析儀的探頭有各種各樣的形狀、大小，用戶可以根據(jù)自己的需要，選擇合適的探頭夾具。常用的探頭有用于點(diǎn)到點(diǎn)故障查找的“夾子狀”，有用在電路板上專用的連接器高密度、多通道型探頭。邏輯探頭應(yīng)能夠捕獲高質(zhì)量的信號(hào)，并且對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的影響最小。另外，邏輯分析儀的探頭應(yīng)能提供高質(zhì)量信號(hào)并傳遞給邏輯分析儀，并且對(duì)被測(cè)系統(tǒng)造成的負(fù)載最小，而且要適合與電路板及設(shè)備以多種方式連接。

設(shè)置時(shí)鐘模式和觸發(fā)條件
在邏輯分析儀與被測(cè)系統(tǒng)連接好之后，需要設(shè)置時(shí)鐘模式與觸發(fā)條件。邏輯分析儀的數(shù)據(jù)捕獲方式不同于示波器，它有兩種捕獲方式，分別是異步捕獲，獲取信號(hào)的時(shí)間信息和同步捕獲，用于獲取被測(cè)系統(tǒng)的狀態(tài)信息。其中異步分析更類似于示波器的數(shù)據(jù)捕獲方式，其中采樣率、波形捕獲率等概念都與示波器的相關(guān)概念類似。
1、異步捕獲模式
在這個(gè)模式中，邏輯分析儀用內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，采樣速度越快，測(cè)試分辨率越高。采樣速率對(duì)于異步定時(shí)分析非常重要，例如，當(dāng)采樣間隔為2ns時(shí)，即每隔2ns捕獲新的數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器中，在采樣時(shí)鐘到來(lái)之后改變的數(shù)據(jù)不會(huì)被捕獲，直到下一個(gè)采樣時(shí)鐘到來(lái)，由于無(wú)法確定2ns中不會(huì)被捕獲的數(shù)據(jù)，直到下一個(gè)采樣時(shí)鐘到來(lái)，由于無(wú)法確定2ns中數(shù)據(jù)是否發(fā)生變化，所以最終分辨率是2ns。這種異步捕獲模式常用在目標(biāo)設(shè)備與分析儀捕獲的數(shù)據(jù)之間沒(méi)有固定的時(shí)間關(guān)系，而且被測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)間的時(shí)間關(guān)系為主要考慮因素時(shí)，通常使用這種捕獲模式。
2、同步捕獲模式
同步捕獲模式是用一個(gè)源自被測(cè)系統(tǒng)的信號(hào)做采樣時(shí)鐘信號(hào)，這種模式中用于為捕獲確定時(shí)間的信號(hào)，可以是系統(tǒng)時(shí)鐘、總線控制信號(hào)或一個(gè)引發(fā)被測(cè)系統(tǒng)改變狀態(tài)的信號(hào)。邏輯分析儀在外部時(shí)鐘信號(hào)的邊緣采樣，采到的數(shù)據(jù)代表邏輯信號(hào)穩(wěn)定時(shí)被測(cè)電路所處的狀態(tài)。對(duì)于引入的時(shí)鐘信號(hào)是有限制的，一般要小于某一固定頻率，這一頻率被稱為邏輯分析儀的最大狀態(tài)速率，有的廠家稱之為邏輯分析儀的帶寬。在這種模式下，不考慮兩個(gè)時(shí)鐘事件之間的狀態(tài)。
3、設(shè)置觸發(fā)方式
觸發(fā)方式的區(qū)別是邏輯分析儀與示波器的另一項(xiàng)重要區(qū)別。示波器同樣配有觸發(fā)器，但對(duì)于多通道的二進(jìn)制信號(hào)而言，示波器的觸發(fā)功能受限。相反，邏輯分析儀中可以對(duì)各種邏輯條件進(jìn)行觸發(fā)。觸發(fā)的目的在于為邏輯分析儀設(shè)定什么時(shí)候開始捕獲數(shù)據(jù)、捕獲哪些數(shù)據(jù)，使邏輯分析儀跟蹤被測(cè)電路的邏輯狀態(tài)，并在被測(cè)系統(tǒng)中用戶定義的事件處觸發(fā)。
不同廠家的邏輯分析儀有著各種的不同的觸發(fā)條件的設(shè)定，可以分為兩大類：對(duì)單一通道的觸發(fā)條件的設(shè)定；通道間觸發(fā)條件的設(shè)計(jì)。單一通道的觸發(fā)類似于示波器的觸發(fā)。例如，高/低電平觸發(fā)，上升沿/下降沿觸發(fā)，脈沖寬度觸發(fā)器等觸發(fā)方式；而通道間的邏輯觸發(fā)對(duì)于邏輯分析儀而言更為重要，因?yàn)檫壿嫹治鰞x主要用來(lái)觀察通道間的邏輯關(guān)系以及邏輯狀態(tài)。通道間的邏輯觸發(fā)也可分為兩大類：一類為單純?yōu)槊恳煌ǖ涝O(shè)置觸發(fā)條件，例如，當(dāng)1、2通道為高電平，3、4通道為低電平，5通道為上升沿時(shí)觸發(fā)；另一類稱為碼型觸發(fā)或事件觸發(fā)，例如，8根信號(hào)線可以看成8bit的碼型（事件），這8bit可以用十六進(jìn)制或二進(jìn)制表示，設(shè)置值為0A（十六進(jìn)制）時(shí)觸發(fā)，即為碼型觸發(fā)。
另外，有些廠家有更高級(jí)的按階層觸發(fā)，普通的碼型觸發(fā)即可以看作一階觸發(fā)，另外還有二階、三階、或階觸發(fā)，這些觸發(fā)對(duì)于數(shù)字電路中包頭、包尾的識(shí)別非常有用。我們北京海洋興業(yè)科技有限公司最新推出的OLA2032B邏輯分析儀具有以上介紹的全部觸發(fā)方式。

捕獲測(cè)試數(shù)據(jù)
邏輯分析儀探頭、觸發(fā)器和時(shí)鐘系統(tǒng)均用于為實(shí)時(shí)捕獲存儲(chǔ)器傳遞數(shù)據(jù)。該存儲(chǔ)器是測(cè)量?jī)x的中心——不僅是來(lái)自被測(cè)系統(tǒng)的所有采樣數(shù)據(jù)的最終目的地，也是測(cè)量?jī)x進(jìn)行分析和顯示的數(shù)據(jù)源。
選擇邏輯分析儀時(shí)，通道數(shù)和存儲(chǔ)深度是非常重要的指標(biāo)，為了決定邏輯分析儀的通道數(shù)和存儲(chǔ)深度，首先確定要對(duì)多少信號(hào)進(jìn)行捕獲與分析？邏輯分析儀的通道數(shù)應(yīng)與需捕獲的信號(hào)數(shù)相對(duì)應(yīng)。數(shù)字系統(tǒng)總線具有各自不同的寬度，通道數(shù)一般為總線寬度的3－4倍（數(shù)據(jù)線+地址線+控制線+時(shí)鐘）。例如，對(duì)一個(gè)8位的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，32通道的邏輯分析儀比較合適，要確?？紤]到需同時(shí)捕獲的所有信號(hào)的總線。其次，確