調(diào)試助手——邏輯分析儀

• 當(dāng)您需要看到信號(hào)上小的電壓變化
• 當(dāng)您需要很高的時(shí)間間隔精度

一般來說，在需要高垂直或電壓分辨率時(shí)應(yīng)使用示波器。即如果您需要看到如圖10-1所示的每一微小電壓變化，就應(yīng)使用示波器。許多示波器，包括新一代數(shù)字示波器，還能夠提供非常高的時(shí)間間隔分辨率。也就是能以很高的精度測(cè)量?jī)蓚€(gè)事件間的時(shí)間間隔?？傊?dāng)您需要參數(shù)信息時(shí)，就應(yīng)使用示波器。

圖10-2 邏輯分析儀采樣圖

10.2 什么是邏輯分析儀

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，最主要的作用在于時(shí)序判定。邏輯分析儀與示波器不同，它不能顯示連續(xù)的模擬量波形，而只顯示高低兩種電平狀態(tài)（邏輯1和0）。使用邏輯分析儀，可以方便地設(shè)置信號(hào)觸發(fā)條件開始采樣，分析多路信號(hào)的時(shí)序，捕獲信號(hào)的干擾毛刺，也可以按照規(guī)則對(duì)電平序列進(jìn)行解碼，完成通信協(xié)議分析，如1wire、I2C、UART、SPI、CAN等數(shù)據(jù)的時(shí)候，應(yīng)用邏輯分析儀解決問題可以達(dá)到事半功倍的作用。

10.2.1 邏輯分析儀的工作原理

圖10-3 數(shù)據(jù)采集原理圖

在設(shè)置了參考電壓（閾值）后，邏輯分析儀將采集到的信號(hào)與電壓比較器比較，高于參考電壓的為邏輯1，低于參考電壓的為邏輯 0。這樣就可以將被測(cè)信號(hào)以時(shí)間順序顯示為連續(xù)的高低電平波形，便于使用者進(jìn)行分析和調(diào)試，如圖10-3所示，就是以“閾值”作為參考值來采樣的數(shù)據(jù)圖形。

10.2.1 邏輯分析儀的分類

邏輯分析儀根據(jù)其硬件設(shè)備的功能和復(fù)雜程度，主要分為獨(dú)立式（單機(jī)型）邏輯分析儀和基于電腦（PC-Base）的虛擬邏輯分析儀兩大類。獨(dú)立式邏輯分析儀是將所有的軟件，硬件整合在一臺(tái)儀器中，使用方便。虛擬邏輯分析儀則需要結(jié)合電腦使用，利用PC強(qiáng)大的計(jì)算和顯示功能，完成數(shù)據(jù)處理和顯示等工作。

專業(yè)邏輯分析儀，通常具有數(shù)量眾多的采樣通道，超快的采樣速度和大容量的存儲(chǔ)深度，但昂貴的價(jià)格也不是每個(gè)窮屌絲所能承受起的。作為工程師手頭常備的開發(fā)工具，目前有許多入門級(jí)的邏輯分析儀設(shè)計(jì)，整體功能雖然不能和專業(yè)高檔儀器相比，但是用較低的成本來實(shí)現(xiàn)特定的功能，也是非常成功的設(shè)計(jì)。

另一類的邏輯分析儀，是以低速單片機(jī)為基礎(chǔ)的。很多愛好者用PIC、AVR等常見單片機(jī)設(shè)計(jì)了自己的作品。但這類基于單片機(jī)的邏輯分析儀共同弱點(diǎn)就是采樣速度太慢，通常不超過1MHz。

以USB IO芯片為基礎(chǔ)的入門級(jí)邏輯分析儀現(xiàn)在最為流行。比如Saleae logic（實(shí)物如圖10-4所示），還有類似的USBee等。這類產(chǎn)品主要采用一個(gè)USB IO芯片，例如CYPRESS公司的CY7C68013A，所有的信號(hào)觸發(fā)和處理工作都是電腦上的軟件完成的，硬件部分就只是一個(gè)數(shù)據(jù)采集、記錄儀。最高采樣速度24MHz。它們可以“無限數(shù)量”地采樣，因?yàn)樗械臄?shù)據(jù)都是存儲(chǔ)在電腦里的。目前一般最多是8個(gè)通道，更多的通道數(shù)量會(huì)成比例地降低最高采樣速度。這類產(chǎn)品構(gòu)造簡(jiǎn)單，方便易用，價(jià)格便宜，是調(diào)試單片機(jī)開發(fā)工作的好工具。它的缺點(diǎn)主要是采樣速度只有24MHz、8個(gè)通道，對(duì)于分析高速并行總線就不能勝任了。更進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，需要增加FPGA、SRAM等器件，才能解決速度不夠和通道數(shù)量不足的問題。

圖10-4 Saleae logic Analyzer實(shí)物圖

10.3 Logic軟件的相關(guān)概述

上面我們已經(jīng)提到，這個(gè)邏輯分析儀需要借助軟件來完成，因此我們首先的安裝該上位機(jī)軟件。