電子測(cè)量技術(shù)與儀器 教學(xué)課件 康秀強(qiáng) 項(xiàng)目九 數(shù)據(jù)域測(cè)量與儀器

1、在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)： :/教材其余課件及動(dòng)畫素材請(qǐng)查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187 或者直接輸入下面地址：工程九 數(shù)據(jù)域測(cè)量與儀器 數(shù)據(jù)域測(cè)量就是對(duì)數(shù)據(jù)流的測(cè)量，它面向的測(cè)量對(duì)象是數(shù)字邏輯電路。傳統(tǒng)時(shí)域測(cè)量?jī)x器對(duì)模擬電路與系統(tǒng)的測(cè)試是行之有效的，但對(duì)于復(fù)雜數(shù)字電路與系統(tǒng)的測(cè)試卻又一定的難度，用于數(shù)據(jù)域測(cè)試儀器和設(shè)備主要包括萬用表和數(shù)字電壓表、邏輯筆和邏輯夾、邏輯分析儀、邏輯脈沖發(fā)生器和示波器等。模塊1 邏輯筆的使用一、教學(xué)目標(biāo)終極目標(biāo)：能夠熟練使用邏輯筆對(duì)數(shù)字電路進(jìn)行調(diào)試、測(cè)量。促成目標(biāo)： 1能懂得邏輯筆測(cè)量的根本原理。 2能知道邏輯筆的根本組成。 3會(huì)邏輯筆的正確使用。 4會(huì)用邏輯筆測(cè)

2、量數(shù)字電路及排故。二、工作任務(wù) 用邏輯筆測(cè)量搶答器電路的邏輯狀態(tài)。三、相關(guān)實(shí)踐知識(shí)LP系列邏輯筆的介紹1LP系列邏輯筆的使用 邏輯筆是采用不同顏色的指示燈來表示數(shù)字電平的上下的儀器，使用邏輯筆可快速測(cè)量出數(shù)字電路中有故障的芯片，特別適合測(cè)試一般門電路和觸發(fā)器的邏輯關(guān)系。邏輯筆的型號(hào)規(guī)格較多，圖9-1為LP系列邏輯筆的外形結(jié)構(gòu)圖，由于其外形小巧，可方便用于數(shù)字電路的測(cè)量和排故。 圖9-1 LP系列邏輯筆的外形結(jié)構(gòu)圖 LP系列邏輯筆具有識(shí)別被測(cè)信號(hào)狀態(tài)的功能，它能分辨出被測(cè)信號(hào)的高阻抗?fàn)顟B(tài)懸空狀態(tài)。當(dāng)LED指示燈發(fā)出紅色表示被測(cè)信號(hào)是高電平，藍(lán)色表示是低電平，而綠色那么表示被測(cè)點(diǎn)處于高阻抗?fàn)顟B(tài)。在

3、高電平時(shí)蜂鳴器發(fā)出中音，低電平時(shí)蜂鳴器發(fā)出低音，而高阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)蜂鳴器是靜默的。其LED指示/電平信號(hào)狀態(tài)見表9-1，蜂鳴器聲音/電平信號(hào)狀態(tài)見表9-2。 表9-1 LP系列邏輯筆LED指示/電平信號(hào)狀態(tài)表表9-2 LP系列邏輯筆蜂鳴器聲音/電平信號(hào)狀態(tài)表 LP系列邏輯筆可用于測(cè)量TTL電平的邏輯和脈沖信號(hào)，其測(cè)量帶寬到達(dá)200MHz，并以10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、100kHz、1MHz、10MHz、100MHz為分界指示出被測(cè)信號(hào)的頻率，其獨(dú)特的九段頻率聲光指示器清晰易記、非常實(shí)用。表9-3為LP系列邏輯筆LED狀態(tài)指示/信號(hào)頻率指示表，表9-4為LP系列邏輯筆蜂鳴器聲音/信

4、號(hào)頻率指示表。 表9-3 LP系列邏輯筆LED狀態(tài)指示/信號(hào)頻率指示表表9-4 LP系列邏輯筆蜂鳴器聲音/信號(hào)頻率指示表LP系列邏輯筆主要性能指標(biāo)1輸入信號(hào)電路：TTL/CMOS電路。2輸入電壓范圍：。3輸入頻率范圍：0200MHzLP-200。4最小脈沖寬度：LP-200。5輸入阻抗：100k/10pF。6最高輸入電壓：60V。7輸入信號(hào)接口：標(biāo)準(zhǔn)插孔，可選裝防顫測(cè)試探頭和各種測(cè)試夾具。8LED指示燈：三種顏色，三種閃爍速率，閃動(dòng)表示有脈沖信號(hào)九檔頻率指示，恒亮表示無脈沖信號(hào)三檔狀態(tài)指示。9蜂鳴器：三種音調(diào)，三種通斷速率，斷續(xù)鳴響表示有脈沖信號(hào)九檔頻率指示，持續(xù)鳴響表示無脈沖信號(hào)三檔狀態(tài)指示

5、。10操作電源：DC416V/100mA。11外形體積：47mm14mm19mm長寬高。12 保護(hù)性能：輸入端子可耐受8000V靜電沖擊和60V電源沖擊，電源端子可耐受2000V靜電沖擊和20V電源沖擊，具有電源接反保護(hù)特性。13使用環(huán)境溫度：2050。14使用環(huán)境濕度：99%。四、相關(guān)理論知識(shí)邏輯筆的根本工作原理 邏輯筆具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便的特點(diǎn)，邏輯筆一般有兩個(gè)用于指示邏輯狀態(tài)的發(fā)光二極管，性能較好的還有第3個(gè)，用于指示數(shù)字電路的邏輯狀態(tài)。邏輯筆的電源一般取自于被測(cè)電路。測(cè)試時(shí)，將邏輯筆的電源夾子夾到被測(cè)電路的任一電源點(diǎn)，另一個(gè)夾子夾到被測(cè)電路的公共接地端。邏輯筆與被測(cè)電路的連接除了可以

6、為邏輯筆提供接地外，還能改善電路靈敏度及提高被測(cè)電路的抗干擾能力。邏輯筆的組成與工作原理是多種多樣，有用邏輯筆專用電路制作的，有用數(shù)字集成電路制作的。下面介紹的簡(jiǎn)易三態(tài)邏輯筆，專門用于測(cè)定邏輯電路的輸出狀態(tài)，更加方便儀器故障的診斷和維修。其電路原理圖如圖9-2 所示。 圖9-2 邏輯筆的電路原理圖所謂輸出三態(tài)，即數(shù)字電路輸出有三種狀態(tài)，即高電平與正電源相連狀態(tài)，低電平與地相連狀態(tài)，高阻不與任何支路相連，相當(dāng)于懸空狀態(tài)狀態(tài)。在圖9-2中，設(shè)輸入電壓大于時(shí)為高電平，小于為低電平，當(dāng)輸入懸空時(shí)為第三態(tài)。1當(dāng)輸入電壓大于時(shí)，U1A的1腳、U1B的7腳為低電平U2A的2腳、U2B的4腳為高電平U3A的1

7、腳為低電平，紅色發(fā)光管VD1點(diǎn)亮；U3B的5腳為低電平、U3B的6腳為低電平U3B的4腳為高電平，藍(lán)色發(fā)光管VD2不亮；U2C的6腳為高電平U3C的9腳為高電平，U3C的8腳為低電平U3C的10腳為高電平，綠色發(fā)光管VD3不亮。2當(dāng)輸入電壓小于時(shí)，U1A的1腳、U1B的7腳為高電平U2A的2腳、U2B的4腳為低電平U3A的1腳為高電平，紅色發(fā)光管VD1不亮；U3B的5腳為高電平、U3B的6腳為高電平U3B的4腳為低電平，藍(lán)色發(fā)光管VD2點(diǎn)亮；U2C的6腳為低電平U3C的9腳為低電平，U3C的8腳為高電平U3C的10腳為高電平，綠色發(fā)光管VD3不亮。3當(dāng)輸入為懸空時(shí)，U1A的1腳為高電平，U1B

8、的7腳為低電平U2A的2腳為低電平、U2B的4腳為高電平U3A的1腳為高電平，紅色發(fā)光管VD1不亮；U3B的5腳為高電平、U3B的6腳為低電平U3B的4腳為高電平，藍(lán)色發(fā)光管VD2不亮；U2C的5腳為低電平U2C的6腳為高電平U3C的9腳為高電平, U3C的8腳為高電平U3C的10腳為低電平，綠色發(fā)光管VD3點(diǎn)亮。 模塊2 邏輯分析儀的使用一、教學(xué)目標(biāo)終極目標(biāo)：能夠使用邏輯分析儀測(cè)量、分析比較復(fù)雜的數(shù)字電路。促成目標(biāo)：1能懂得邏輯分析儀的根本原理和工作方式。 2知道邏輯分析儀的作用 3會(huì)邏輯分析儀的正確使用。二、工作任務(wù)用邏輯分析儀分析搶答器電路。三、相關(guān)實(shí)踐知識(shí)一般來說，邏輯分析儀能看到比示

9、波器更多的信號(hào)線，對(duì)于觀察總線上的定時(shí)關(guān)系或數(shù)據(jù)，例如微處理器地址、數(shù)據(jù)或控制總線時(shí)，邏輯分析儀是特別有用的。邏輯分析儀能夠解碼微處理器的總線信息，并以有意義的形式顯示。當(dāng)您通過了參數(shù)設(shè)計(jì)階段，開始關(guān)注許多信號(hào)間的定時(shí)關(guān)系和需要在邏輯高、低電平碼型上觸發(fā)時(shí)，邏輯分析儀就是正確的測(cè)試工具。其外形如圖9-3所示。 圖9-3 邏輯分析儀外形一邏輯分析儀的作用邏輯分析儀包括邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時(shí)分析儀。邏輯定時(shí)分析儀以時(shí)域波形的形式顯示被測(cè)信號(hào)，由自身提供采集數(shù)據(jù)的時(shí)鐘脈沖，主要用于硬件分析。邏輯狀態(tài)分析儀以二進(jìn)制、十六進(jìn)制或ASC碼等的狀態(tài)顯示被測(cè)邏輯狀態(tài)，由被測(cè)系統(tǒng)提供采集數(shù)據(jù)的時(shí)鐘脈沖，側(cè)重于

10、軟件分析。大多數(shù)邏輯分析儀實(shí)際是合二而一的分析儀，一般都具有邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時(shí)分析儀所具備的功能，已被廣泛應(yīng)用于數(shù)字集成電路、印制板系統(tǒng)、微處理器系統(tǒng)等數(shù)字系統(tǒng)的硬件、軟件測(cè)試中。 1定時(shí)分析作用 定時(shí)分析是邏輯分析儀中類似示波器的局部，與示波器顯示信息的方式相同，水平軸代表時(shí)間，垂直軸代表電壓幅度。定時(shí)分析首先對(duì)輸入波形的采樣，然后使用用戶定義的電壓閾值，確定信號(hào)的上下電平，定時(shí)分析只能確定波形是高還是低，不存在中間電平。所以定時(shí)分析就像一臺(tái)只有1 位垂直分辨率的數(shù)字示波器，圖9-4所示為邏輯分析儀定時(shí)分析圖。定時(shí)分析儀趨向于把各種信號(hào)拉成 方波，這似乎會(huì)影響到它的可用性，但如果需要同

11、時(shí)觀察幾條甚至幾百條信號(hào)線以驗(yàn)證信號(hào)間的定時(shí)關(guān)系，那么定時(shí)分析儀就是正確選擇。但是，定時(shí)分析并不能用于測(cè)試參量，如果你用定時(shí)分析測(cè)量信號(hào)的上升時(shí)間，那你就用錯(cuò)了儀器。如果定時(shí)分析前一次采樣的信號(hào)是一種狀態(tài)，這一次采樣的信號(hào)是另一種狀態(tài)，那么它就知道在兩次采樣之間的某個(gè)時(shí)刻輸入信號(hào)發(fā)生了跳變，但是，定時(shí)分析卻不知道精確的時(shí)刻。 圖9-4 邏輯分析儀定時(shí)分析圖2跳變定時(shí)作用 如果我們要對(duì)一個(gè)長時(shí)間沒有變化的采樣并保存數(shù)據(jù)，跳變定時(shí)能有效地利用存儲(chǔ)器。如圖9-5所示為使用跳變定時(shí)采樣示意圖，要捕獲帶有數(shù)據(jù)突發(fā)的輸入線上的數(shù)據(jù)時(shí)，我們必須把采樣率調(diào)到高分辨率(例如4ns)，以捕獲開始處的快速脈沖。這意

12、味著具有4KB4096bytes存儲(chǔ)器的定時(shí)分析儀在后將存滿數(shù)據(jù)而停止采集數(shù)據(jù)，并不能捕獲到第二個(gè)數(shù)據(jù)突發(fā)。在通常的調(diào)試工作中，我們采樣和保存了長時(shí)間沒有活動(dòng)的數(shù)據(jù)，它們使用了邏輯分析儀存儲(chǔ)器，卻不能提供更多的信息。如果我們知道跳變何時(shí)產(chǎn)生，是正跳變還是負(fù)跳變，就能夠解決這一問題，這一信息是有效使用存儲(chǔ)器的跳變定時(shí)根底。為實(shí)現(xiàn)跳變定時(shí)，我們可在定時(shí)分析儀和計(jì)數(shù)器的輸入處使用“跳變探測(cè)器?，F(xiàn)在定時(shí)分析儀只保存跳變前的那些樣本，以及兩個(gè)跳變之間的時(shí)間間隔。采用這種方法，每一跳變就只需使用少數(shù)存儲(chǔ)器位置，輸入無變動(dòng)時(shí)就完全不占用存儲(chǔ)器位置。在圖9-5中，根據(jù)每一突發(fā)中存在多少脈沖數(shù)，使用跳變定時(shí)，現(xiàn)

13、在能捕獲到第二、第三、第四和第五個(gè)突發(fā)。并同時(shí)保持到達(dá)4ns的高定時(shí)分辨率。 圖9-5 使用跳變定時(shí)采樣示意圖 3毛刺捕獲作用 在定時(shí)分析中，毛刺的定義是：采樣時(shí)穿越邏輯閾值屢次的任何跳變。毛刺捕獲是一種很有用的功能，能夠提供毛刺觸發(fā)和顯示前的數(shù)據(jù)，從而幫助我們確定毛刺產(chǎn)生的原因。數(shù)字系統(tǒng)中毛刺是令人頭疼的問題，邏輯分析儀具有毛刺捕獲和觸發(fā)能力，可以很容易的跟蹤難以預(yù)料的毛刺。邏輯分析儀可以對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地采樣，跟蹤采樣時(shí)產(chǎn)生的任何跳變，從而容易識(shí)別毛刺。圖9-6為譯碼電路輸出毛刺捕獲示意圖，圖9-6b所示譯碼電路輸出定時(shí)圖中Y3、Y5帶有毛刺。 a 譯碼電路的測(cè)試圖 b 譯碼電路輸出定時(shí)

14、圖 圖9-6 譯碼電路輸出毛刺捕獲示意圖4狀態(tài)分析作用一個(gè)邏輯電路的“狀態(tài)是指數(shù)據(jù)有效時(shí)，對(duì)總線或信號(hào)線采樣的樣本。例如，一個(gè)簡(jiǎn)單的D觸發(fā)器輸入端的數(shù)據(jù)直到時(shí)鐘正沿到來時(shí)才有效。這樣，觸發(fā)器的狀態(tài)就是正時(shí)鐘沿到來時(shí)的狀態(tài)?，F(xiàn)在，假定有8個(gè)這樣的觸發(fā)器并聯(lián)。所有8個(gè)觸發(fā)器都連到同樣的時(shí)鐘信號(hào)上。當(dāng)時(shí)鐘線上產(chǎn)生正跳變時(shí)，所有8個(gè)觸發(fā)器都要捕獲各自D輸入的數(shù)據(jù)。這樣，每當(dāng)時(shí)鐘線上正跳變時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)狀態(tài)，這8條線類似于微處理器總線。如果把狀態(tài)分析儀連接到這8條線上，并告訴它在時(shí)鐘線正跳變時(shí)收集數(shù)據(jù)，狀態(tài)分析儀將照此執(zhí)行。除非時(shí)鐘跳到高電平，否那么輸入的任何活動(dòng)將不被狀態(tài)分析儀捕獲。定時(shí)分析與狀態(tài)分析的

15、主要區(qū)別是：定時(shí)分析由內(nèi)部時(shí)鐘控制采樣，采樣與被測(cè)系統(tǒng)是異步的；狀態(tài)分析由被測(cè)系統(tǒng)時(shí)鐘控制采樣，采樣與被測(cè)系統(tǒng)是同步的。用定時(shí)分析查看事件“什么時(shí)候發(fā)生，用狀態(tài)分析檢查發(fā)生了“什么事件。定時(shí)分析通常用波形顯示數(shù)據(jù)，狀態(tài)分析通常用列表顯示數(shù)據(jù)。5軟件測(cè)試分析邏輯分析儀也可用于軟件的跟蹤調(diào)試，發(fā)現(xiàn)軟硬件故障，而且通過對(duì)軟件各模塊的監(jiān)測(cè)與效率分析還有助于軟件的改進(jìn)。例如，假定有一個(gè)計(jì)算給定數(shù)平方的匯編例程，如果該例程不能正確計(jì)算平方，要求邏輯分析儀捕獲這一例程。具體做法是先讓邏輯分析儀尋找該例程的起點(diǎn)，當(dāng)它找到起始地址時(shí)，再尋找終止地址，并保存兩者之間的所有信息。這樣就很容易分析該例程為什么不能正確

16、計(jì)算平方，找出錯(cuò)誤點(diǎn)。圖9-7所示為分支程序的跟蹤測(cè)試示意圖，采用序列觸發(fā)，當(dāng)出現(xiàn)03F2地址時(shí)，觸發(fā)條件成立，邏輯分析儀可以捕獲觸發(fā)前主程序通路A及分支程序通路B的運(yùn)行情況。 二邏輯分析儀的主要技術(shù)性能分析1通道數(shù) 要對(duì)一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行全面地分析，就應(yīng)當(dāng)把所有觀測(cè)的信號(hào)全部引入邏輯分析儀當(dāng)中，這樣邏輯分析儀的通道數(shù)至少應(yīng)該包含：被測(cè)系統(tǒng)的字長數(shù)字總線數(shù)、被測(cè)系統(tǒng)的控制總線數(shù)、時(shí)鐘線數(shù)。這樣對(duì)于一個(gè)16位機(jī)系統(tǒng)，就至少需要68個(gè)通道，現(xiàn)在幾個(gè)廠家的主流產(chǎn)品的通道數(shù)多達(dá)340通道以上。 2定時(shí)采樣速率 在定時(shí)采樣分析時(shí)，要有足夠的定時(shí)分辨率，就應(yīng)當(dāng)有足夠高的定時(shí)采樣速率。并不是只有高速系統(tǒng)才需要高的

17、采樣速率，現(xiàn)在的主流產(chǎn)品的采樣速率高達(dá)2Gs/s，在這個(gè)速率下，我們可以看到時(shí)間上的細(xì)節(jié)。 3狀態(tài)分析速率 在狀態(tài)分析時(shí)，邏輯分析儀采樣基準(zhǔn)時(shí)鐘就用被測(cè)試對(duì)象的工作時(shí)鐘邏輯分析儀的外部時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)鐘的最高速率就是邏輯分析儀的最高狀態(tài)分析速率，也就是該邏輯分析儀狀態(tài)分析的最快的工作頻率。4每通道的內(nèi)存長度邏輯分析儀的內(nèi)存是用于存儲(chǔ)它所采樣的數(shù)據(jù)，以用于比照、分析、轉(zhuǎn)換等，選擇內(nèi)存長度的標(biāo)準(zhǔn)是內(nèi)存長度應(yīng)大于被觀測(cè)系統(tǒng)可以進(jìn)行分割后的最大長度。 5探頭 邏輯分析儀通過探頭與被測(cè)器件連接，探頭起著信號(hào)接口的作用，在保持信號(hào)完整性中占有重要位置。邏輯分析儀與數(shù)字示波器不同，雖然相對(duì)上下限值的幅度變化并不

18、重要，但幅度失真一定會(huì)轉(zhuǎn)換成定時(shí)誤差。邏輯分析儀具有幾十至幾百通道的探頭，其頻率響應(yīng)從幾十至幾百兆赫茲，保證各路探頭的相對(duì)延時(shí)最小和幅度的失真較低，這是表征邏輯分析儀探頭性能的關(guān)鍵參數(shù)。Agilent公司的無源探頭和Tektronix公司的有源探頭最具代表性，屬于邏輯分析儀的高檔探頭?？捎靡韵聨追矫婵紤]探頭的性能。 1探頭的阻性負(fù)載：也就是探頭的接入系統(tǒng)中以后對(duì)系統(tǒng)電流的分流作用的大小，在數(shù)字系統(tǒng)中，系統(tǒng)的電流負(fù)載能力一般在幾千歐以上，分流效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的影響一般可以忽略，現(xiàn)在流行的幾種邏輯分析儀探頭的阻抗一般在20200k之間。 2探頭的容性負(fù)載：容性負(fù)載就是探頭接入系統(tǒng)時(shí)，探頭的等效電容，這個(gè)

19、值一般在130pF之間，在現(xiàn)在的高速系統(tǒng)中，容性負(fù)載對(duì)電路的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于阻性負(fù)載，如果這個(gè)值太大，將會(huì)直接影響整個(gè)系統(tǒng)中的信號(hào)“沿的形狀改變整個(gè)電路的性質(zhì)，改變邏輯分析儀對(duì)系統(tǒng)觀測(cè)的實(shí)時(shí)性，導(dǎo)致我們看到的并不是系統(tǒng)原有的特性。 3探頭的易用性：是指探頭接入系統(tǒng)時(shí)的難易程度，隨著芯片封裝的密度越來越高，出現(xiàn)了BGA、QFP、TQFP、PLCC、SOP等各種各樣的封裝形式，IC的腳間距最小的已到達(dá)以下，要很好的將信號(hào)引出，特別是BGA封裝，確實(shí)有困難，并且分立器件的尺寸也越來越小，典型的已到達(dá)。 4與現(xiàn)有電路板上的兼容性。 6系統(tǒng)的開放性 隨著數(shù)據(jù)共享的呼聲越來越高，我們所使用的系統(tǒng)的開放性就越來

20、越重要，現(xiàn)在的邏輯分析儀的操作系統(tǒng)也由過去的專用系統(tǒng)開展到使用Windows介面，這樣我們?cè)谑褂脮r(shí)很方便。 四、相關(guān)理論知識(shí)邏輯分析儀Logic Analyzer是以單通道或多通道實(shí)時(shí)獲取與觸發(fā)事件相關(guān)的邏輯信號(hào)、并顯示觸發(fā)事件前后所獲取的信號(hào)、供軟件及硬件分析的一種儀器。它能夠用表格、波形或圖形等形式顯示具有多個(gè)變量的數(shù)字系統(tǒng)的狀態(tài)，也能用匯編形式顯示數(shù)字系統(tǒng)軟件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字系統(tǒng)硬件和軟件的測(cè)試。一邏輯分析儀的主要特點(diǎn)邏輯分析儀的作用是利用便于觀察的形式顯示出數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行情況，對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行分析和故障判斷。其主要特點(diǎn)如下：1邏輯分析儀是利用時(shí)鐘從測(cè)試設(shè)備上采集和顯示數(shù)字信號(hào)的儀器，最主

21、要作用在于時(shí)序判定。由于邏輯分析儀不像示波器那樣有許多電壓等級(jí)，通常只顯示兩個(gè)電壓邏輯“1和“0，因此設(shè)定了參考電壓后，邏輯分析儀將被測(cè)信號(hào)通過比較器進(jìn)行判定，高于參考電壓者為“1,低于參考電壓者為“0，在“1與“0之間形成數(shù)字波形。2有足夠多的輸入通道，即64個(gè)通道數(shù)至上百個(gè)通道數(shù)不等，因此邏輯分析儀具備同時(shí)進(jìn)行多通道測(cè)試的優(yōu)勢(shì)。3具有多種靈活的觸發(fā)方式，確保對(duì)被觀察的數(shù)據(jù)流準(zhǔn)確定位對(duì)軟件而言可以跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行中的任意程序段，對(duì)硬件而言可以檢測(cè)并顯示系統(tǒng)中存在的毛刺干擾。4具有記憶功能，可以觀測(cè)單次及非周期性數(shù)據(jù)信息，并可診斷隨機(jī)性故障。 5具有延遲能力，用以分析故障產(chǎn)生的原因。6具有限定功能

22、，實(shí)現(xiàn)對(duì)欲獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行挑選，并刪除無關(guān)數(shù)據(jù)。 7具有多種顯示方式，可用字符、助記符、匯編語言顯示程序，用二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制等顯示數(shù)據(jù)，用定時(shí)圖顯示信息之間的時(shí)序關(guān)系。 8具有驅(qū)動(dòng)時(shí)域儀器的能力，以便復(fù)顯待測(cè)信號(hào)的真實(shí)波形及有利于故障定位。9具有可靠的毛刺檢測(cè)能力。 二邏輯分析儀的工作原理 邏輯分析儀的組成框圖如圖9-8所示，它主要包括數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)顯示兩大局部，其工作過程就是數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、觸發(fā)、顯示的過程。被測(cè)信號(hào)經(jīng)過多通道邏輯測(cè)試探極形成并行數(shù)據(jù)，送至信號(hào)輸入比較器，在信號(hào)輸入比較器中與外部設(shè)定的門限電平進(jìn)行比較，大于門限電平值的信號(hào)在相應(yīng)的線上輸出高電平，反之，輸出低電平

23、，并對(duì)輸入波形進(jìn)行整形。經(jīng)比較整形后的信號(hào)送至采樣器，在時(shí)鐘脈沖控制下進(jìn)行采樣。被采樣的信號(hào)按順序存放在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中，假設(shè)存儲(chǔ)器容量為1KB1024bytes，那么能夠記錄所有輸入通道在1024次采樣中所得到的信息，采樣信息以“先進(jìn)先出的原那么存放在存儲(chǔ)器內(nèi)。當(dāng)存儲(chǔ)器已存滿數(shù)據(jù)但尚未得到顯示命令時(shí)，存儲(chǔ)器將自動(dòng)舍棄舊數(shù)據(jù)，裝入新數(shù)據(jù)。當(dāng)存儲(chǔ)器得到觸發(fā)要求顯示時(shí)，將按照先后順序逐一讀出信息，在顯示發(fā)生器中形成X、Y、Z三個(gè)軸向的模擬信號(hào)，由CRT按設(shè)定的顯示方式顯示出被測(cè)量來。 圖9-8 邏輯分析儀的組成框圖三邏輯分析儀的觸發(fā)方式邏輯分析儀主要是用于定位系統(tǒng)運(yùn)行出錯(cuò)時(shí)的特定波形數(shù)據(jù)，通過觀察該

24、波形數(shù)據(jù)來推斷該系統(tǒng)出錯(cuò)的原因，從而有針對(duì)性地找出解決該錯(cuò)誤的方案。邏輯分析儀對(duì)被測(cè)信號(hào)連續(xù)采樣獲得的一系列數(shù)據(jù)，稱為數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)流示意圖如圖9-9所示。運(yùn)用邏輯分析儀定位出錯(cuò)波形數(shù)據(jù)的方法主要有兩種方式，一種是通過抓取運(yùn)行過程中大量的數(shù)據(jù)，然后在這些數(shù)據(jù)中通過其他方法來查找出錯(cuò)誤點(diǎn)的位置，該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且受制于邏輯分析儀存儲(chǔ)容量，并不一定每次都可以捕捉到目標(biāo)波形數(shù)據(jù)；另一種是通過觸發(fā)的方式在特定波形數(shù)據(jù)到來時(shí)開始捕捉數(shù)據(jù)，從而精準(zhǔn)地定位目標(biāo)波形數(shù)據(jù)。 圖9-9 數(shù)據(jù)流示意圖數(shù)字系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，大多數(shù)情況下數(shù)據(jù)是連續(xù)不斷的，邏輯分析儀要顯示觀測(cè)的數(shù)據(jù)必需被存儲(chǔ)下來，而邏輯分析儀的儲(chǔ)存深度

25、畢竟有限，這相當(dāng)于在傳輸帶上抽取一定的數(shù)據(jù)，抽取的數(shù)據(jù)量取決于邏輯分析儀的存儲(chǔ)深度。通過觸發(fā)的方式，在特定波形數(shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生的條件下，觀測(cè)與其相關(guān)的信號(hào)在該條件產(chǎn)生的前或后時(shí)刻的狀態(tài)。直觀表現(xiàn)就是觸發(fā)位置的設(shè)置，如果觸發(fā)位置設(shè)置為跟蹤觸發(fā)開始，那么存儲(chǔ)器在觸發(fā)事件發(fā)生時(shí)開始儲(chǔ)存采集到的數(shù)據(jù)，直到存儲(chǔ)器滿；如果選擇跟蹤觸發(fā)結(jié)束，那么觸發(fā)事件發(fā)生前存儲(chǔ)器一直存儲(chǔ)采集到的連續(xù)數(shù)據(jù)，直到觸發(fā)時(shí)停止存儲(chǔ)，當(dāng)存儲(chǔ)器滿而觸發(fā)事件尚未發(fā)生時(shí)新數(shù)據(jù)將自動(dòng)覆蓋最早存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。由此可知觸發(fā)的目的在于邏輯分析儀設(shè)定什么時(shí)侯開始捕獲數(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)電路中用戶定義的事件處觸發(fā)

26、。由一個(gè)事件來控制數(shù)據(jù)獲取，即選擇觀察窗口的位置，稱為觸發(fā)，觸發(fā)示意圖如圖9-10所示。為了便于在較小的存儲(chǔ)容量范圍內(nèi)采集和存儲(chǔ)所需觀測(cè)點(diǎn)前后的數(shù)據(jù)，邏輯分析儀設(shè)有多種觸發(fā)方式。 圖9-10 觸發(fā)示意圖1組合觸發(fā)組合觸發(fā)方式又稱為內(nèi)部觸發(fā)方式，是指將被測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字與通過儀器面板上的觸發(fā)字選擇開關(guān)人工預(yù)置的觸發(fā)字進(jìn)行比較，如果系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字與預(yù)置的觸發(fā)字相符，那么產(chǎn)生一次觸發(fā)。組合觸發(fā)方式是邏輯分析儀一般都采用的觸發(fā)方式，故又稱為根本觸發(fā)方式。設(shè)置觸發(fā)字時(shí)，每一個(gè)通道可取0、1、x三種觸發(fā)條件?！?表示該通道為高電平時(shí)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)為“任意，亦即通道

27、狀態(tài)不影響觸發(fā)條件。各通道狀態(tài)設(shè)置好后，如果被測(cè)系統(tǒng)各通道數(shù)據(jù)同時(shí)滿足上述條件，那么產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。 圖9-11為四通道組合觸發(fā)方式。CH01與CH31表示通道0和通道3組合觸發(fā)條件為高電平；CH10表示通道1觸發(fā)條件為低電平；CH2x表示通道2觸發(fā)條件為任意，對(duì)觸發(fā)不產(chǎn)生影響。故觸發(fā)信號(hào)是在CH0、CH1、CH3相與條件下產(chǎn)生的，即觸發(fā)字為1001或1101CH0、CH3分別位于觸發(fā)字的最右邊、最左邊。 圖9-11中，當(dāng)采集數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)1001或1101時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)脈沖，開始或停止數(shù)據(jù)采集。假設(shè)選擇跟蹤觸發(fā)結(jié)束的方式，那么存儲(chǔ)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，觸發(fā)字位于存儲(chǔ)器

28、存儲(chǔ)隊(duì)列的最后面，并顯示在顯示器的最后一行，故又稱為終端觸發(fā)方式。如果觸發(fā)字選擇的是某一出錯(cuò)的數(shù)據(jù)字，邏輯分析儀即可捕獲并顯示被測(cè)系統(tǒng)出現(xiàn)這一出錯(cuò)數(shù)據(jù)字之前一段時(shí)間內(nèi)各通道狀態(tài)的變化情況，即被測(cè)系統(tǒng)故障發(fā)生前的工作狀態(tài)，這對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)的故障診斷是很方便的。 圖9-11 四通道組合觸發(fā)方式 2延遲觸發(fā)在故障診斷時(shí)，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)可設(shè)置一個(gè)延遲門，當(dāng)捕獲到觸發(fā)字后，經(jīng)一段時(shí)間的延遲后再開始或停止數(shù)據(jù)采集，假設(shè)選擇跟蹤觸發(fā)結(jié)束的方式，那么存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)就能包括觸發(fā)點(diǎn)前后的數(shù)據(jù)，這種觸發(fā)方式稱為延遲觸發(fā)，其示意圖如圖9-12所示。延遲觸發(fā)常用于分析循環(huán)

29、程序和嵌套循環(huán)程序，也常用于觀察跳動(dòng)性的偶然故障，這是因?yàn)樵摲绞侥苡^察到跳動(dòng)前后的有關(guān)信息。 圖9-12 延遲觸發(fā)示意圖 3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。有時(shí)設(shè)定的觸發(fā)字在數(shù)據(jù)流中出現(xiàn)較為頻繁，為了有選擇地存儲(chǔ)和顯示特定的數(shù)據(jù)流，邏輯分析儀中增加一些附加通道作為約束或選擇所設(shè)置的觸發(fā)條件。例如對(duì)前述四通道觸發(fā)字的選擇再參加第五個(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，第五個(gè)通道只作為觸發(fā)字約束條件，并不對(duì)它進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示，僅僅用它篩選去掉一局部觸發(fā)字，該方式為限定觸發(fā)方式。5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

30、在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)毛刺出現(xiàn)前后的數(shù)據(jù)流，以便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，該方式稱為毛刺觸發(fā)。很多邏輯分析儀為用戶提供觸發(fā)庫，使復(fù)雜觸發(fā)事件的設(shè)置簡(jiǎn)單化，保證你精力集中解決測(cè)試問題上，而不必花時(shí)間去調(diào)整邏輯分析儀的觸發(fā)設(shè)置。該庫中包含有許多易于掌握的觸發(fā)設(shè)置，可以作為通常需要修改的觸發(fā)起始點(diǎn)。需要特殊的觸發(fā)能力只是問題的一局部，除了由錯(cuò)誤事件直接觸發(fā)外，用戶還希望從過去的時(shí)段去觀察信號(hào)，找出造成錯(cuò)誤的根源和它前后的關(guān)系。精細(xì)的觸發(fā)和大的存儲(chǔ)深度存儲(chǔ)器可提高超前觸發(fā)能力。6序列觸發(fā) 序列觸發(fā)是為檢測(cè)復(fù)雜分支程序而設(shè)計(jì)的一種重要觸發(fā)方式。當(dāng)采樣數(shù)據(jù)與某一項(xiàng)預(yù)先設(shè)定的字序列

31、而不是一個(gè)字相符后才觸發(fā)跟蹤數(shù)據(jù)流。序列觸發(fā)能比單一觸發(fā)點(diǎn)更精確地限定要保存的數(shù)據(jù)。也就是說可使用更精確的數(shù)據(jù)窗，而不必存儲(chǔ)不需要的信息，選擇性的保存意味著可只保存較大整體中的一局部。例如，假定我們有一個(gè)計(jì)算給定數(shù)平方的匯編例程，如果該例程不能正確計(jì)算平方，我們就告訴邏輯分析儀捕獲這一例程。具體做法是先讓邏輯分析儀尋找該例程的起點(diǎn)，當(dāng)它找到起始地址時(shí)，我們?cè)俑嬖V它尋找終止地址，并保存兩者之間的所有信息，當(dāng)發(fā)現(xiàn)例程結(jié)束時(shí)，我們告訴分析儀停止?fàn)顟B(tài)保存。四邏輯分析儀的數(shù)據(jù)捕獲從數(shù)據(jù)探頭得到的信號(hào)，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換延遲變?yōu)門TL電平之后，在采樣時(shí)鐘的作用下，經(jīng)采樣電路存入高速存儲(chǔ)器。這種將被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采樣并

32、存入存儲(chǔ)器的過程就稱為數(shù)據(jù)的捕獲。在邏輯分析儀中，數(shù)據(jù)采樣的方式通常有同步采樣與異步采樣兩種。 同步采樣采用被測(cè)系統(tǒng)時(shí)鐘脈沖作采樣脈沖的采樣方式，能保證邏輯分析儀按被測(cè)系統(tǒng)的節(jié)拍工作，獲取一系列有意義的狀態(tài)，這種邏輯分析儀叫邏輯狀態(tài)分析儀。異步采樣使用邏輯分析儀內(nèi)部產(chǎn)生的時(shí)鐘對(duì)被測(cè)系統(tǒng)的輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，由于邏輯分析儀內(nèi)部時(shí)鐘頻率一般較被測(cè)系統(tǒng)高得多，這樣使單位時(shí)間內(nèi)得的信息量增多，提高了分辨力，從而顯示的數(shù)據(jù)更精確。異步采樣可以檢測(cè)出波形中的“毛刺干擾，并將它存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中記錄下來。采用異步采樣的邏輯分析儀稱定時(shí)邏輯分析儀。值得注意的是異步時(shí)鐘選擇應(yīng)適宜，時(shí)鐘過大將會(huì)造成失真；時(shí)鐘過小又會(huì)使

33、內(nèi)存很快溢出。一般應(yīng)選擇被測(cè)信號(hào)頻率的5-10倍。五邏輯分析儀的數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 邏輯分析儀觸發(fā)識(shí)別電路從輸入數(shù)據(jù)中尋找觸發(fā)字，當(dāng)滿足條件時(shí)就產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，經(jīng)過數(shù)字延遲后不采用延遲觸發(fā)，可視為延遲量等于零，一方面使觸發(fā)器對(duì)寫時(shí)鐘發(fā)出“允許信號(hào)，使得數(shù)據(jù)開始寫入RAM；另一方面在觸發(fā)的瞬間，觸發(fā)器命令存儲(chǔ)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)值等于存儲(chǔ)器容量n時(shí)，向觸發(fā)器發(fā)出信號(hào)，并由后者給寫時(shí)鐘控制發(fā)出“禁止信號(hào)，即關(guān)掉時(shí)鐘。 邏輯分析儀存儲(chǔ)器的大小就表示了邏輯分析儀的存儲(chǔ)深度?，F(xiàn)代邏輯分析儀存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的帶寬大多都非常巨大，例如LAB6052型邏輯分析儀的存儲(chǔ)帶寬為500Mbit/s32即16Gbit/s，但無論是數(shù)據(jù)

34、傳輸數(shù)據(jù)速率為480Mbit/s還是數(shù)據(jù)分析PC軟件過程，都無法實(shí)時(shí)完成，因此，邏輯分析儀只能將數(shù)據(jù)先暫存在存儲(chǔ)器中，然后再交給分析器分析。 如果需要不間斷的捕捉數(shù)據(jù)流，那么要求邏輯分析儀有足夠大的存儲(chǔ)器以便記錄整個(gè)事件。存儲(chǔ)深度與采樣速度密切相關(guān)，您所需要的存儲(chǔ)深度取決于要測(cè)量的總時(shí)間跨度和所要求的時(shí)間分辨率，單次測(cè)量的時(shí)間越長、采樣頻率越高所需求的存儲(chǔ)深度就越大。 在傳統(tǒng)模式下，存儲(chǔ)深度采樣分辨率=采樣時(shí)間，這意味著在保證采樣分辨率的前提下，大的存儲(chǔ)深度直接提高了單次采樣時(shí)間，即能觀察分析更多的波形數(shù)據(jù)。而在保證采樣時(shí)間的條件下，那么可以提高采樣頻率，觀察到更真實(shí)的信號(hào)。六邏輯分析儀的顯示方式邏輯分析儀將被測(cè)數(shù)據(jù)信號(hào)用數(shù)字形式寫入存儲(chǔ)器后，可以根據(jù)需要通過控制電路將內(nèi)存中的全部或局部數(shù)據(jù)穩(wěn)定的顯示在屏幕上，其顯示方式主要有以下幾種。1定時(shí)顯示定時(shí)顯示是以邏輯電平表示的波形圖的形式將存儲(chǔ)器中的內(nèi)容顯示在屏幕上，顯示的是一串經(jīng)過整形后類似方波的波形，高電平代表“1，低