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文檔簡介

1、電子測量技術(shù)教案2第10章 現(xiàn)代電子測量儀器n本章要點(diǎn)n存儲(chǔ)示波器的組成、原理框圖n存儲(chǔ)示波器的幾種顯示方式n邏輯分析儀的組成、原理框圖n邏輯分析儀的幾種顯示方式n現(xiàn)代電子測量儀器的應(yīng)用310.1 存儲(chǔ)示波器 通用示波器存在的缺點(diǎn) 存儲(chǔ)示波器分類:模擬存儲(chǔ)示波器和數(shù)字存儲(chǔ)示波器。 數(shù)字存儲(chǔ)示波器采用數(shù)字電路,將輸入信號(hào)先經(jīng)過AD變換器,將模擬波形變換成數(shù)字信息,存儲(chǔ)于數(shù)字存儲(chǔ)器中,需要顯示時(shí),再從存貯器中讀出,通過DA變換器,將數(shù)字信息變換成模擬波形顯示在示波管上。4n10.1.1 存儲(chǔ)示波器主要技術(shù)參數(shù)指標(biāo) 用二進(jìn)制的位數(shù)來表示,位數(shù)決定了垂直方向上的量化臺(tái)階數(shù)目。分辨力的位數(shù)越多,說明測量

2、準(zhǔn)確度就越高。也可以用百分?jǐn)?shù)表示,見表10-1所示: 2.采樣速度 采樣速度表示數(shù)字波形存儲(chǔ)器A/D轉(zhuǎn)換速度。采 樣速率的大小與捕捉信號(hào)的能力有直接關(guān)系,見表10-2所示。 5 0.02% 4096 12位 10位 8位 1.6% 64 6位分辨力(用百分?jǐn)?shù)表示)臺(tái)階個(gè)數(shù)分辨力(用二進(jìn)制位數(shù)表示) 0.09% 1024 0.4% 256表10-1 分辨力的表示6表10-2 80ns1.6s被測脈沖波形的最小上升時(shí)間6.66MHz330kHz采用正弦插入時(shí),被測波形的最高頻率2MHz100kHz一般情況下被測波形的最高頻率20MHz1MHz采樣速率4頁7 3.存儲(chǔ)長度 存儲(chǔ)長度即存儲(chǔ)器的容量,用

3、多少K字來表示。存儲(chǔ)長度表明水平方向劃分細(xì)微的程度、存儲(chǔ)長度的倒數(shù)稱為水平分辨力。1/40964096(字)(4K)1/20482048(字)(2K)1/10241024(字)(1K)水平分辨力存儲(chǔ)長度 水平分辨力越高,說明數(shù)字存儲(chǔ)器顯示的波形與實(shí)際波形越接近。表9-38n10.1.2 存儲(chǔ)示波器的基本組成、原理框圖 1. 存儲(chǔ)示波器的基本組成 由Y軸放大器、A/D轉(zhuǎn)換單元、D/A轉(zhuǎn)換單元、存儲(chǔ)單元、時(shí)鐘發(fā)生器、控制邏輯單元、接口邏輯單元、觸發(fā)放大器、電源等部分組成。如圖10-1所示。Y1放大器Y1輸入Y2輸入A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)鐘發(fā)生器分頻器觸發(fā)放大器邏輯控制x D/A轉(zhuǎn)換觸發(fā)輸入RAMY2放大器

4、y D/A轉(zhuǎn)換A0-A9Di0-Di7DO0-DO7D0-D9電 源圖10-1 存儲(chǔ)示波器的基本組成92基本工作原理 被測信號(hào)輸入儀器后,首先將放大的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。 一般說來,波形愈復(fù)雜的信號(hào)要求的取樣速率愈高。對(duì)于單次信號(hào)要求f 0(4-10)f x。 步進(jìn)系統(tǒng)在觸發(fā)信號(hào)的作用下產(chǎn)生步進(jìn)脈沖,一方面啟動(dòng)取樣門,對(duì)被測信號(hào)進(jìn)行取樣和AD變換如圖10-2所示:10圖10-2 波形的取樣和編碼11 一方面啟動(dòng)CPU, 于是CPU指定一個(gè)寄存器作為地址計(jì)數(shù)器,在初始化期間存放了首址。 CPU工作后,地址計(jì)數(shù)器向RAM送出地址,將變換后的數(shù)字信號(hào)存入指定的單元。 每寫入一個(gè)數(shù)據(jù),地址計(jì)數(shù)器則

5、加1,并將地址數(shù)送至X 軸的IO,經(jīng)DA變換后產(chǎn)生階梯波信號(hào)。當(dāng)需要即時(shí)顯示時(shí),該信號(hào)能作為X掃描用的階梯信號(hào),送至X偏轉(zhuǎn)系統(tǒng)以作掃描之用。 同時(shí)該信號(hào)還送至步進(jìn)系統(tǒng),使其產(chǎn)生新的步進(jìn)脈沖,作為產(chǎn)生一次新的數(shù)據(jù)寫入循環(huán)用。 在取樣、存儲(chǔ)過程中,地址計(jì)數(shù)器將寫地址順序遞增,并一一送往RAM,以確保每組數(shù)據(jù)寫入相應(yīng)的存儲(chǔ)單元中去,直至寫完一個(gè)頁面為止。 如圖10-3所示,這就是RAM的寫過程。12圖10- 3 RAM寫入過程13 地址計(jì)數(shù)器用于循環(huán)計(jì)數(shù)。它的最大計(jì)數(shù)值恰好等于RAM的一個(gè)頁面的存儲(chǔ)容量;相當(dāng)于X軸掃描一行所需的數(shù)據(jù)。 以上所述過程為順序取樣方式。 存儲(chǔ)單次波形時(shí)要用“實(shí)時(shí)取樣”方式

6、。14當(dāng)需要顯示被測信號(hào)時(shí),按照地址計(jì)數(shù)器給出的地址: 一方面控制RAM以固定速度讀出數(shù)據(jù)到Y(jié)通道的DA變換器內(nèi),將被測信號(hào)還原為模擬信號(hào)。 同時(shí)還將地址計(jì)數(shù)器的內(nèi)容(即計(jì)數(shù)用脈沖)送往X通道DA變換器,用來產(chǎn)生掃描用階梯信號(hào),如圖10-4所示。顯示時(shí),X偏轉(zhuǎn)板加階梯波信號(hào),Y偏轉(zhuǎn)板加被測信號(hào)。X軸的階梯遞增時(shí)只需顯示平頂,跳變部分要消隱,以使顯示的波形清晰。15圖10-4 顯示過程16n幾種顯示方式 1.基本顯示方式 基本顯示方法是指被測波形的數(shù)據(jù)已存入RAM時(shí)的顯示。顯示時(shí)能夠根據(jù)需要去讀出指定頁面的數(shù)據(jù),并予顯示。 2.刷新顯示方式 原已顯示的一幀波形,在存儲(chǔ)器一個(gè)單元寫入新數(shù)據(jù)的同時(shí),

7、也將該單元的數(shù)據(jù)讀出。由于寫入速度慢,讀出速度快,新數(shù)據(jù)能夠馬上讀出并顯示出來。寫入、讀出和掃描都是從0地址開始,寫完一幀波形,也顯示完該幀波形。原來顯示的波形則自左至右消失,屏幕上可顯示出瞬態(tài)波形的描繪過程。17 3.滾動(dòng)顯示方式 滾動(dòng)顯示時(shí)信號(hào)存儲(chǔ)器存滿后,會(huì)使所有數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)器中的地址不停地向上移動(dòng),沖出舊數(shù)據(jù),存入新數(shù)據(jù)。因此,新的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在屏幕的最右邊。不需外加觸發(fā)信號(hào),圖形自右至左滾動(dòng),從屏幕右邊進(jìn)入,從屏幕左邊離去。在觀測過程中,也可以將感興趣的波形數(shù)據(jù)予以鎖存,使圖形固定在屏幕上。 4.雙蹤顯示 輪流對(duì)Y1和Y2兩個(gè)通道信號(hào)取樣,奇數(shù)地址存入Yl的數(shù)據(jù),偶數(shù)地址存入Y2的數(shù)據(jù)。讀

8、數(shù)時(shí)先讀Y2的數(shù)據(jù),再讀Y1的數(shù)據(jù),并將兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行交替顯示。1810.2 邏輯分析儀 在數(shù)字系統(tǒng)的測試中,邏輯功能測試已成為首要形式。 僅用示波器進(jìn)行時(shí)域過程的測試,已難以評(píng)價(jià)電路和系統(tǒng)的性能。二十世紀(jì)七十年代初出現(xiàn)了邏輯分析儀,有效地解決日益復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)的檢測和故障診斷問題。19n1021 邏輯分析儀簡介 邏輯分析儀是用來測量數(shù)據(jù)域的儀器。 它能對(duì)數(shù)字邏輯電路和系統(tǒng)在實(shí)時(shí)運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)流或事件進(jìn)行記錄和顯示,并通過各種控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的軟、硬件故障分析和診斷。 它能夠用表格形式、波形形式或圖形形式分別顯示具有多個(gè)變量的數(shù)字系統(tǒng)的邏輯狀態(tài)、時(shí)序關(guān)系或?qū)崟r(shí)運(yùn)行過程,也能用匯編語言格式

9、顯示運(yùn)行時(shí)的數(shù)字系統(tǒng)的軟件,來實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行跟蹤測試, 它對(duì)包含大量軟硬件的數(shù)字設(shè)備和系統(tǒng)調(diào)試是很適用的,可以大大提高系統(tǒng)的調(diào)試效率。 面向微處理器的邏輯分析儀。201.對(duì)邏輯分析儀的基本要求(1)能跟蹤與顯示狀態(tài)數(shù)據(jù)流;(2)能捕獲并顯示任一指定的數(shù)據(jù)塊;(3)能分析并顯示控制信號(hào)之間的時(shí)間關(guān)系;(4)能捕捉并顯示來自系統(tǒng)內(nèi)部噪聲和外部干擾引 起的毛刺噪聲與毛刺等往往 造成硬件出錯(cuò);(5)能實(shí)時(shí)檢測故障,診斷故障。211.邏輯分析儀的功能特點(diǎn)(1)足夠多的輸入通道 如要檢測一個(gè)具有16位地址的微機(jī)系統(tǒng),邏輯分析儀至少應(yīng)有16個(gè)輸入通道。 若考慮到同時(shí)監(jiān)視數(shù)據(jù)總線、控制信號(hào)和I

10、O接口信號(hào),則般都要有32個(gè)或更多的輸入通道。 通道數(shù)是邏輯分析儀的一個(gè)重要指標(biāo),通道數(shù)越多,所能檢測的數(shù)據(jù)信息量越大,就更能充分地發(fā)揮它的功用。22(2)多種觸發(fā)方式 現(xiàn)今的邏輯分析儀觸發(fā)方式很多: 對(duì)于軟件分析,這些觸發(fā)功能使它可以跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行中的任意程序段; 對(duì)于硬件分析,觸發(fā)能力可以解決檢測與顯示系統(tǒng)中存在的干擾飛毛刺問題。 評(píng)價(jià)一種邏輯分析儀的好差,最重要的項(xiàng)指標(biāo)是觸發(fā)能力的強(qiáng)弱。(3)具有記憶能力 所有邏輯分析儀內(nèi)部都有高速數(shù)據(jù)存貯器,因此它能快速記錄數(shù)據(jù)。 該存貯器的容量大小是分析儀的另一個(gè)重要指標(biāo),它決定了跟蹤一次獲取數(shù)據(jù)的多少。 這種記憶能力使它可以觀察單次現(xiàn)象和診斷隨機(jī)故障

11、。23(4)具有負(fù)的延遲能力 邏輯分析儀的內(nèi)部存貯器可以存貯觸發(fā)前的信息,這樣便可以顯示出相對(duì)于觸發(fā)點(diǎn)來講是負(fù)延遲的數(shù)據(jù),這種能力有利于發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤后回溯分析故障產(chǎn)生的原因。(5)具有限定能力 所謂限定能力就是對(duì)所獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒別挑選的一種能力。 限定功能解決對(duì)單方向數(shù)據(jù)傳輸情況的觀察以與復(fù)用總線的分析問題。 由于限定可以刪除與分析無關(guān)的數(shù)據(jù),這就有效地提高了分析儀數(shù)據(jù)存貯器的利用率。24(6)簡明而直觀的顯示方式 為適應(yīng)不同的分析方法的需要,邏輯分析儀就要有相應(yīng)的顯示方式。 對(duì)于系統(tǒng)的功能分析,它有功能顯示; 為便于了解系統(tǒng)工作的全貌,有圖形顯示; 對(duì)于時(shí)間關(guān)系分析,有用高低電平表示邏輯狀態(tài)的

12、時(shí)間波形圖顯示; 對(duì)于電氣性能分析,有窄脈沖顯示以與表示輸入信號(hào)幅度和前后沿的電平顯示等等。25(7)具有驅(qū)動(dòng)時(shí)域儀器的能力 數(shù)據(jù)流狀態(tài)值發(fā)生的錯(cuò)誤常來源于時(shí)間域的某些失常。 引起失常的原因往往是毛刺、噪聲干擾或時(shí)序的差錯(cuò)。 分析儀驅(qū)動(dòng)時(shí)域儀器的能力彌補(bǔ)了它進(jìn)行電氣性能分析的某些欠缺。 邏輯分析儀與示波器這兩類儀器具有相輔相成的關(guān)系,它們?cè)诓煌I(lǐng)域中有不同的地位和作用。(8)為了適應(yīng)各種不同類型邏輯元件,邏輯分析儀的輸入電平閾值應(yīng)是可調(diào)的,其采樣速率應(yīng)合適,26n10.2.2 邏輯分析儀的基本組成、原理框圖 1.邏輯分析儀的基本組成 (1)邏輯分析儀基本組成簡圖 邏輯分析儀的基本組成是數(shù)據(jù)捕獲

13、和數(shù)據(jù)顯示這兩個(gè)部.如圖10-5所示。 數(shù)據(jù)捕獲是要捕獲觀察分析的數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ); 數(shù)據(jù)顯示是用多種形式顯示這些數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)捕獲部分由數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)觸發(fā)控制三部分組成。 分析儀在數(shù)據(jù)捕獲后便轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)顯示階段。27圖10-5 邏輯分析儀基本組成簡圖28q 邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時(shí)分析儀。 邏輯分析儀主要為監(jiān)視數(shù)字設(shè)備的軟件程序的運(yùn)行狀況而設(shè)計(jì)的。 狀態(tài)分析儀中無需時(shí)鐘發(fā)生器。這類儀器是進(jìn)行軟件調(diào)試的工具。29 邏輯定時(shí)分析儀是為顯示分析數(shù)字設(shè)備各通道波形的時(shí)序關(guān)系而設(shè)計(jì)的。 它盡可能忠實(shí)地再現(xiàn)各通道的邏輯波形。 定時(shí)分析儀應(yīng)有內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器,產(chǎn)生比被測設(shè)備系統(tǒng)時(shí)鐘頻率高得多(510倍)

14、的采樣時(shí)鐘,且在該時(shí)鐘控制下記錄數(shù)據(jù),與被測系統(tǒng)異步工作。 這類主要用于調(diào)試檢測硬件。30 2. 智能邏輯分析儀框圖 圖10-6 智能邏輯分析儀框圖31(1)智能儀器邏輯分析儀的各部分的作用 邏輯分析儀的各個(gè)部分的聯(lián)系是微處理器通過內(nèi)部總線進(jìn)行的; PROM中存有控制整個(gè)邏輯分析儀的基本程序; RAM則用來暫存信息,例如暫時(shí)存儲(chǔ)操作人員設(shè)定的觸發(fā)延遲量或選定的顯示方式等信息; 字符發(fā)生器用來生成各種顯示方式所需要的字母、數(shù)碼等字符; 鍵盤與其控制電路用來設(shè)定邏輯分析儀的工作方式。32(2)數(shù)據(jù)的收集 為了跟蹤被測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流,邏輯分析儀應(yīng)該把被測系統(tǒng)總線上發(fā)生的所有狀態(tài)信息盡可能無遺漏地不斷采

15、集到它的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中,作為待分析顯示的原始數(shù)據(jù),這個(gè)過程稱為數(shù)據(jù)收集。 邏輯分析儀數(shù)據(jù)收集部分主要由輸入探頭、采樣時(shí)鐘發(fā)生器和數(shù)據(jù)寄存器或鎖存器組成。33(3)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ) 為了防止漏檢漏測,要求信息一出現(xiàn)就能捕獲它,并且存儲(chǔ)起來。 具有存貯功能的邏輯分析儀,不僅可以觀測重復(fù)性的數(shù)據(jù)流,而且也可以觀測單次出現(xiàn)的隨機(jī)數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)分為:數(shù)據(jù)順序存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)選擇性存儲(chǔ)。(4)觸發(fā)方式 邏輯分析儀設(shè)有多種觸發(fā)方式,為了便于在較小的存貯容量范圍內(nèi)采集和存貯所需觀測點(diǎn)前后變化的波形。34 組合觸發(fā) 邏輯分析儀具有“字識(shí)別”觸發(fā)功能,操作者可以通過儀器面板上的“觸發(fā)字選擇”開關(guān),預(yù)置特定的觸發(fā)字,被測系統(tǒng)

16、的數(shù)據(jù)字與此預(yù)置的觸發(fā)字相比較,當(dāng)二者符合時(shí)產(chǎn)生一次觸發(fā),設(shè)置觸發(fā)字時(shí),每一個(gè)通道可取三種觸發(fā)條件:0,1,X?!?”表示該通道為高電平時(shí)才產(chǎn)生觸發(fā),“0”表示某 通道為低電平時(shí)產(chǎn)生觸發(fā),“X”表示通道狀態(tài)“任意”,也即通道狀態(tài)不影響觸發(fā)條件。各通道狀態(tài)設(shè)置好后,當(dāng)被測系統(tǒng)各通道數(shù)據(jù)同時(shí)滿足上述條件時(shí),才能產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。如圖10-7所示35圖10-7 四通道組合觸發(fā)實(shí)例36 組合觸發(fā)方式也稱為內(nèi)部觸發(fā)方式,還稱它為基本觸發(fā)方式。如上例,采集數(shù)據(jù)流中,出現(xiàn)1001或1101時(shí),產(chǎn)生觸發(fā)脈沖,停止數(shù)據(jù)采集,存貯器中存入的數(shù)據(jù)是產(chǎn)生觸發(fā)字之前各通道的狀態(tài)變化情況,對(duì)觸發(fā)字而言是已經(jīng)“過去了”的數(shù)據(jù)。

17、顯示時(shí),觸發(fā)字顯示于所有數(shù)據(jù)字之后,故也稱它為基本的終端觸發(fā)方式。 如果觸發(fā)字選擇的是某一出錯(cuò)的數(shù)據(jù)字,那么邏輯分析儀就可捕獲并顯示被測系統(tǒng)出現(xiàn)這一出錯(cuò)數(shù)據(jù)字之前一段時(shí)間各通道狀態(tài)的變化情況,即被測系統(tǒng)故障發(fā)生前的工作狀況,顯然,這對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)的故障診斷提供了相當(dāng)方便的手段。37 延遲觸發(fā) 在故障診斷中,常常希望既能看到觸發(fā)點(diǎn)前的情況,又能看到觸發(fā)點(diǎn)后的情況,這時(shí)則可設(shè)置一個(gè)延遲門,當(dāng)捕獲到觸發(fā)字后,延遲一段時(shí)間后再停止數(shù)據(jù)的采集,則存貯器中存貯的數(shù)據(jù)就包括了觸發(fā)點(diǎn)前后的數(shù)據(jù)。 延遲觸發(fā)常用于分析循環(huán)、嵌套循環(huán)一類程序(配合序列觸發(fā)方式),也常用于觀察跳動(dòng)性的偶然故障,因?yàn)樗軌蛴^察到跳動(dòng)前后

18、的有關(guān)信息。 延遲觸發(fā)的一個(gè)極端出現(xiàn)這種情況:當(dāng)延遲門關(guān)閉數(shù)據(jù)采集時(shí),存貯器中數(shù)據(jù)的第一個(gè)字剛好是原設(shè)定的觸發(fā)字,則存貯器中存貯的數(shù)據(jù)全部是捕獲觸發(fā)字后的數(shù)據(jù),這種觸發(fā)稱為始端觸發(fā)。一般可控制延遲數(shù)剛好等于存貯容量的一半,可使觸發(fā)字位于中間,這種特殊情況稱為中心觸發(fā)。38 限定觸發(fā) 限定觸發(fā)是對(duì)設(shè)置的觸發(fā)字加限定條件的觸發(fā)方式。例如,對(duì)前述四通道觸發(fā)字的選擇再加入第五個(gè)通道Q,設(shè)定當(dāng)Q=0時(shí),觸發(fā)字有效,Q=1時(shí),觸發(fā)字無效,第5個(gè)通道Q只作為觸發(fā)字的約束條件,并不對(duì)它進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存貯、顯示,僅僅用它篩選去掉一部分觸發(fā)字,這就是限定觸發(fā)方式。39 序列觸發(fā) 序列觸發(fā)是為檢測復(fù)雜分支程序而設(shè)計(jì)

19、的一種重要觸發(fā)方式。當(dāng)采樣數(shù)據(jù)與某一預(yù)先設(shè)定的字序列(而不是一個(gè)字)相符后才觸發(fā)跟蹤數(shù)據(jù)流。 計(jì)數(shù)觸發(fā) 較復(fù)雜的軟件系統(tǒng)中常常有嵌套循環(huán)的情況存在,在邏輯分析儀的觸發(fā)邏輯中設(shè)立一個(gè)“遍數(shù)計(jì)數(shù)器”,那么就能針對(duì)某次需觀察的循環(huán)進(jìn)行跟蹤,而對(duì)其它各次循環(huán)不進(jìn)行跟蹤,這種方式叫做計(jì)數(shù)觸發(fā)。40 “毛刺”觸發(fā) 利用濾波器從輸入信號(hào)中取出一定寬度的脈沖作為觸發(fā)信號(hào),可以在存貯器中存貯毛刺出現(xiàn)前后的數(shù)據(jù)流,有利于觀察和尋找由于外界干擾而引起的數(shù)字電路誤動(dòng)作的現(xiàn)象和原因。 除了上述介紹的6種觸發(fā)方式外,有的邏輯分析儀還有以下的觸發(fā)方式: 當(dāng)事件1或事件2出現(xiàn)n次后產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào); 事件1出現(xiàn)n次后出現(xiàn)事件2產(chǎn)

20、生觸發(fā)信號(hào); 事件1出現(xiàn)n次后出現(xiàn)非事件2產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。411. 邏輯分析儀的用途當(dāng)需要完成下列工作時(shí),請(qǐng)使用邏輯分析儀:(1)調(diào)試并檢驗(yàn)數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行。(2)同時(shí)跟蹤并使多個(gè)數(shù)字信號(hào)相關(guān)聯(lián)。(3)檢測并分析總線中違反時(shí)限的操作以與瞬變狀態(tài)。(4)跟蹤嵌入軟件的執(zhí)行情況。42n 幾種顯示方式 邏輯分析儀由觸發(fā)脈沖停止數(shù)據(jù)收集、存貯捕獲后,便傳入數(shù)據(jù)顯示工作周期。數(shù)據(jù)顯示與其控制電路可以根據(jù)測量者指定的顯示方式,把最后存入存貯器中的原始數(shù)據(jù)整理成便于閱讀,利于分析的格式顯示在CRT顯示器的屏幕上。 顯示方式主要有兩種:一種是偽時(shí)域方式,它適用于硬件調(diào)試;另一種是狀態(tài)域顯示,它適用于軟件調(diào)試。43

21、1偽時(shí)域顯示方式 把存貯于存儲(chǔ)器的原始數(shù)據(jù),整理成與一般示波器顯示方式相似的按時(shí)間變化的波形;所顯示的波形并不是被測數(shù)據(jù)通道信號(hào)的真實(shí)波形,而是采樣點(diǎn)上信號(hào)的邏輯電平隨時(shí)間變化的偽時(shí)域波形,這稱為偽時(shí)域顯示。 偽時(shí)域顯示的定時(shí)圖形例子如圖10-8所示。其中每一行波形代表一個(gè)數(shù)據(jù)通道的邏輯電平隨若干采樣時(shí)鐘周期變化的情況,并行的數(shù)據(jù)字自左到右豎列顯示,第0個(gè)數(shù)據(jù)字在最左邊,依次往右為第1,第2 個(gè)數(shù)據(jù)字等。 偽時(shí)域顯示方式主要是顯示各通道數(shù)據(jù)的時(shí)序關(guān)系。這種顯示方式也稱為定時(shí)式顯示,有利于對(duì)邏輯硬件工作狀態(tài)的分析。44圖10-8 偽時(shí)域顯示452狀態(tài)域顯示方式 用“0”、“1”組合的邏輯狀態(tài)表即

22、真值表或圖像形式把存儲(chǔ)器中的原始數(shù)據(jù)顯示出來,這就是所謂狀態(tài)域顯示。(1)數(shù)據(jù)表顯示狀態(tài)表顯示也稱為數(shù)據(jù)表顯示。因?yàn)闋顟B(tài)表的每一行,表示一個(gè)采樣時(shí)鐘脈沖對(duì)所有數(shù)據(jù)通道捕獲的一個(gè)數(shù)據(jù)字。根據(jù)測量者需要,狀態(tài)信息可以用二進(jìn)制數(shù),八進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)來顯示,智能分析儀還可用匯編語句顯示。如圖10-9所示為狀態(tài)的數(shù)據(jù)表顯示方式的例子。46 顯示狀態(tài)計(jì)數(shù)器用來確定字符在CRT上的顯示位置。其中多顯示時(shí)鐘發(fā)生器用來產(chǎn)生顯示與控制的同步時(shí)鐘,水平狀態(tài)計(jì)數(shù)器用來決定位(Bit),即水平掃描線的位置;垂直狀態(tài)計(jì)數(shù)器用來決定字,即垂直掃描線的位置。圖10-9 數(shù)據(jù)表顯示47 (2)點(diǎn)圖顯示 點(diǎn)圖顯示方式是利用位于

23、顯示屏幕上不同位置的點(diǎn)來表示存貯器中的各個(gè)數(shù)據(jù)字,并一齊顯示出來的。邏輯分析儀的存儲(chǔ)器504 X 16DACDACFF高8位00低8位00FFFFFF圖10-10點(diǎn)圖顯示方式48圖10-11 程序流程的圖像顯示49 這段程序中包括一個(gè)主程序和若干個(gè)子程序,當(dāng)程序運(yùn)行時(shí),其地址流被采樣并存貯于分析儀中,采用圖像顯示方式得到程序地址流的點(diǎn)圖,光點(diǎn)接地址遞增順序自左至右,從下面上的規(guī)律轉(zhuǎn)動(dòng)。 因此,該程序段的點(diǎn)陣圖中,主程序地址數(shù)據(jù)在屏幕上表現(xiàn)為按序右移的水平光點(diǎn),在主程序的某地址的指令被執(zhí)行后,要轉(zhuǎn)去執(zhí)行子程序SUB1,這個(gè)子程序的開始地址,即是主程序執(zhí)行上述指令后的下一個(gè)被取樣地址。 由點(diǎn)圖顯示

24、的程序地址流清楚地表明下一個(gè)光點(diǎn)處于不同水平線位置上。50 在執(zhí)行了SUBl后,程序返回主程序,這時(shí)點(diǎn)圖上光點(diǎn)又回到主程序地址所對(duì)應(yīng)的位置上。 在執(zhí)行若干步主程序指令之后;再次去執(zhí)行SUBl時(shí),光點(diǎn)又在SUB1的地址所對(duì)應(yīng)的位置上重復(fù)顯示。在執(zhí)行子程序SUB2與其嵌套子程序SUB2A時(shí);光點(diǎn)有類似的變化。 由于子程序SUBl在整個(gè)程序流中執(zhí)行了兩次,因此與它所對(duì)應(yīng)的光點(diǎn)亮度要亮些,這就提供了識(shí)別程序段中那些補(bǔ)充執(zhí)行的相對(duì)頻繁程度的一種有效方法。51 對(duì)于既定的通道探頭與測試點(diǎn)的連接方法是不同程序流程所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)陣不相同,如果由于軟件或硬件故障造成一個(gè)程序出錯(cuò),那么錯(cuò)誤程序和正常程序流程的點(diǎn)陣圖不

25、會(huì)一樣。 利用點(diǎn)陣圖像顯示方式,很容易發(fā)現(xiàn)其中的錯(cuò)誤。 數(shù)字系統(tǒng)測試或維護(hù)人員可以先用點(diǎn)陣圖像顯示方式一目了然地對(duì)程序流程進(jìn)行觀察,以便迅速發(fā)現(xiàn)其中的錯(cuò)誤,然后再應(yīng)用狀態(tài)數(shù)據(jù)表顯示方式或偽時(shí)域顯示方式查出出錯(cuò)的確切原因。 應(yīng)當(dāng)注意,如果通道探頭與測試點(diǎn)進(jìn)行不同的連接,將會(huì)得到不相同的點(diǎn)陣圖,選擇通道探頭和測試點(diǎn)的原則應(yīng)使得CRT屏幕上顯示的點(diǎn)陣圖易于識(shí)別程序流的規(guī)律。523數(shù)據(jù)比較 邏輯分析儀一般都具有數(shù)據(jù)比較顯示方式,就是將被觀測的數(shù)據(jù)不斷地與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并同時(shí)顯示在CRT屏幕上,立刻就會(huì)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)。 能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)比較的邏輯分析儀,有兩組存儲(chǔ)器,一組為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器A,用來存儲(chǔ)被測數(shù)據(jù);另

26、一組為參考存儲(chǔ)器B,用來存儲(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的。53 在狀態(tài)顯示方式中,若A存儲(chǔ)器與B存儲(chǔ)器,兩個(gè)存儲(chǔ)器內(nèi)容(每字每位)相同時(shí),數(shù)據(jù)表的亮度不變,若A存儲(chǔ)器與B存儲(chǔ)器,兩個(gè)存儲(chǔ)器內(nèi)容不相同時(shí),則數(shù)據(jù)表中不同部分的位Bit位置上的狀態(tài)值被加亮。 如果采用偽時(shí)域顯示方式,則A、B存儲(chǔ)器的內(nèi)容可以交替以定時(shí)波形圖顯示。 在點(diǎn)陣圖像顯示方式,A、B存儲(chǔ)器的內(nèi)容則交替地從光點(diǎn)流的形式顯示。這種顯示方式主要用于生產(chǎn)測試和故障查找。5410.3 10.3 現(xiàn)代電子測量儀器的應(yīng)用現(xiàn)代電子測量儀器的應(yīng)用n10.3.1 10.3.1 存儲(chǔ)示波器的應(yīng)用存儲(chǔ)示波器的應(yīng)用1 測量脈沖參數(shù)(1)測量脈沖上升時(shí)間 脈沖的上升時(shí)間是

27、脈沖的重要指標(biāo)。由于波形存儲(chǔ)器具有負(fù)延遲功能,所以能把脈沖的整個(gè)上升過程捕獲和記錄下來,如圖10-12所示。55圖10-12 脈沖上升時(shí)間測量56 利用計(jì)算機(jī)的程序得到電壓最大值Umax 和Umin。U = Umax UminUA =( Umax Umin)10%UB =( Umax Umin)90% 利用計(jì)算機(jī)程序找出UA、UB的對(duì)應(yīng)時(shí)間tA和tB。 tA = K(t) nA tB = K(t) nB其中K(t) 為采樣速率,nA,nB采樣脈沖數(shù)值,則上升時(shí)間tr = tBtA由于波形存儲(chǔ)器的采樣速率很高,tr的誤差 tr =)(%)1 . 021(tK57(2)測量脈沖間隔 用計(jì)算機(jī)找出最

28、大值,然后求出最大值的50%相應(yīng)的兩點(diǎn)A和B的時(shí)間(即tA和tB),故脈沖寬度tW= tBtA圖10-13 脈沖間隔的測量UAUBtAtBt058(3)測量脈沖寬度 用計(jì)算機(jī)找出最大值,然后求出最大值的50%相應(yīng)的兩點(diǎn)A和B的時(shí)間(即tA和 tB),故脈沖寬度tW= tBtA圖10-14 脈沖寬度的測量utABtAtB100%50%0592觀察直流電源合閘時(shí)的過渡過程 直流電源合閘時(shí)是單次過程,要用等待觸發(fā)的實(shí)時(shí)取樣操作。如圖10-15 電源的輸出端接到示波器的觸發(fā)輸入端,同時(shí)也接到Y(jié)輸入端,幅度大時(shí)可接衰減器。 接通交流電源,電源從“0”到最大的過渡過程與幅度變化在屏幕上能夠顯示出來,一般電

29、源的過渡時(shí)間在516ms之間,并且能夠看出在合閘瞬間,有一個(gè)小的沖激脈沖。60圖10-15觀察電源合閘過程61n 邏輯分析儀的應(yīng)用1邏輯分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)衡量邏輯分析儀水平的技術(shù)指標(biāo)主要有以下幾項(xiàng)(1)輸入通道 通道數(shù)的多少是邏輯分析儀的重要指標(biāo)之一。 如果要同時(shí)觀察數(shù)據(jù)總線和地址總線上的數(shù)據(jù)和地址信息,必須用的輸入通道數(shù)目應(yīng)為數(shù)據(jù)線和地址線的總和。 輸入通道除了數(shù)據(jù)占用外,還有時(shí)鐘輸入通道、限定輸入通道。 輸入阻抗是輸入通道的另一項(xiàng)指標(biāo),阻抗大小,將直接影響被測電路的電性能。62(2)時(shí)鐘頻率 時(shí)鐘頻率決定取樣頻率,取樣速率的高低對(duì)數(shù)據(jù)采集有著十分重要的關(guān)系。如有一個(gè)輸入信號(hào),在不同的取樣

30、速率下將有著不同的輸出結(jié)果。為了能得到更高的清晰度,多采用非同步方式,用高于幾倍被測系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率來進(jìn)行取樣。國外的邏輯分析儀時(shí)鐘頻率一般取50MHz,最高可達(dá)660MHz。63(3)存儲(chǔ)量 一般邏輯分析儀都配有高速隨機(jī)存儲(chǔ)器,內(nèi)存容量可以表示為NM(N:通道數(shù),M:存儲(chǔ)數(shù)據(jù)位/通道)。 有的還增加一個(gè)參考存儲(chǔ)器,在進(jìn)行狀態(tài)顯示時(shí),可以并排地顯示兩個(gè)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容,以便于比較。 在內(nèi)存為一定值時(shí),為了提高速度,可以通過變換數(shù)據(jù)通道的方法,靈活地利用內(nèi)部存儲(chǔ)器,來提高一次可記錄的字?jǐn)?shù),從而擴(kuò)展邏輯分析儀的功能,這樣對(duì)不用的通道所占據(jù)的存儲(chǔ)容量也可以充分利用起來。64(4)觸發(fā)功能 邏輯分析儀具有

31、靈活準(zhǔn)確的觸發(fā)功能,可以顯示觸發(fā)前、后輸入數(shù)據(jù)或以觸發(fā)為中心的輸入數(shù)據(jù)。 它可以在長長的數(shù)據(jù)流中,對(duì)人們感興趣的那部分信息,進(jìn)行準(zhǔn)確定位、捕獲和分析。 觸發(fā)功能是評(píng)價(jià)邏輯分析儀水平的重要指標(biāo)。65 時(shí)序觸發(fā):預(yù)置幾個(gè)觸發(fā)字,按照選定的時(shí)序一一得到呼應(yīng)。 延遲觸發(fā):借助于延遲計(jì)數(shù)器檢測一個(gè)與預(yù)置觸發(fā)字有關(guān),這種功能使有限的存儲(chǔ)容量得到充分的發(fā)揮。 毛刺觸發(fā):它的主要特點(diǎn)是一旦系統(tǒng)中出現(xiàn)不應(yīng)該出現(xiàn)的毛刺時(shí),分析儀就能進(jìn)行觸發(fā)并顯示在CRT上,供分析用。 鎖定功能:主要用于捕獲兩個(gè)取數(shù)時(shí)鐘之間出現(xiàn)的信號(hào),可以將出現(xiàn)在兩個(gè)時(shí)鐘之間的脈沖信號(hào)進(jìn)行捕獲。 限定功能:利用不顯示的輸入通道,對(duì)所感興趣的數(shù)據(jù)信

32、號(hào),加以一定的限制條件,使觸發(fā)和顯示的數(shù)據(jù)是唯一的。 66(5)顯示方式 智能邏輯分析儀,顯示方式多種多樣,如各種進(jìn)制的顯示,ASCII碼,各種光標(biāo),助記符的顯示,菜單顯示,反匯編,比較表等。672邏輯分析儀的應(yīng)用(1)顯示數(shù)據(jù)流 對(duì)于狀態(tài)邏輯分析儀,顯示數(shù)據(jù)流是最基本的用途。 如果要測試2-16進(jìn)制的計(jì)數(shù)器的狀態(tài)流,用探極的四個(gè)通道,接到被測計(jì)數(shù)器的輸出端,不用的通道全部置于OFF位(包括通道Q0,Q1)然后選擇觸發(fā)字,若選0000,觸發(fā)方式置起始顯示,時(shí)鐘輸入用計(jì)數(shù)器的CP進(jìn)行同步。 在CRT上將顯示出二-十六進(jìn)制的輸出狀態(tài)流。68 圖10-16 二-十六進(jìn)制計(jì)數(shù)的輸出狀態(tài)流69(2)利用

33、分析儀取出微處理機(jī)中的任何程序 狀態(tài)邏輯分析儀是分析軟件、檢查程序最好的工具。 下面就HP3740A數(shù)字萬用表的接通程序進(jìn)行說明。 首先將探極夾到被測電路中去,選擇觸發(fā)字和觸發(fā)方式。 在CRT上顯示出程序流的情況。70圖10-17 接通程序中的程序流71(3)利用“自激”觸發(fā)方式,來檢查電路重復(fù)信號(hào) 當(dāng)正常工作時(shí),從CRT上顯示的將是0和1的疊加。 發(fā)生故障時(shí)則顯示1或0,這樣就清楚地看出工作不正常,然后再仔細(xì)尋找故障產(chǎn)生的原因與故障地點(diǎn)。 (4)“起始顯示”和“起始延遲”的使用 存儲(chǔ)器的容量總是有限的,為適應(yīng)測量的要求,可以利用邏輯分析儀的延遲功能來解決。首先將初始觸發(fā)字設(shè)置好,如果要看M個(gè)

34、時(shí)鐘后的數(shù)據(jù)信號(hào),則觸發(fā)方式置起始延遲,延遲設(shè)定置M,時(shí)鐘輸入用系統(tǒng)的時(shí)鐘,這樣CRT顯示的將是經(jīng)過M個(gè)時(shí)鐘延遲后的16個(gè)數(shù)據(jù)信號(hào)。72 (5)利用“單次”和“終端顯示”觸發(fā)方式,尋找和分析微處理器中如何達(dá)到某一種狀態(tài) 圖10-18是2-10進(jìn)制的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)不正確的顯示。應(yīng)該在99復(fù)位,結(jié)果在89就復(fù)位了。 這是什么原因呢?邏輯分析儀有驅(qū)動(dòng)示波器的能力,可重新調(diào)整邏輯分析儀,觸發(fā)方法置起始顯示方式,觸發(fā)字置88,用觸發(fā)輸出來啟動(dòng)示波器,則可發(fā)現(xiàn)在復(fù)位母線上的狀態(tài)90處有一個(gè)毛刺,如圖10-19,得知是在復(fù)位線上產(chǎn)生這一瞬變過程所致。73 CLOCKS0111 0101 10111 0110 20111 0111

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