电子测量技术-第七章逻辑分析仪

电子测量原理第1页7.1概述7.2逻辑分析仪的特点7.3逻辑分析仪的分类7.4逻辑分析仪的基本工作原理7.5逻辑分析仪的主要电路7.6逻辑分析仪的主要工作方式7.7逻辑状态分析仪7.8逻辑分析仪的应用第7章数据域测量（简介）电子测量原理第2页7.1概述逻辑分析仪又称逻辑示波器。随着大规模集成电路和微型计算机的发展，数字系统被广泛应用。微处理机的引入，使系统以惊人的能力完成许多极其复杂的功能，但也带来了一些新问题。要排除以微处理机为主的数字系统中产生的故障，或者对系统进行检测、分析，用过去传统的测试方法和设备（如模拟示波器)已无法胜任。为了找到复杂的数字系统中出现的故障，并能进行检测和诊断，逻辑分析仪是最适合的测量仪器。逻辑分析仪从显示方式上大体可分为两大类：逻辑状态分析仪（类似真值表）逻辑定时分析仪（类似多踪示波器）电子测量原理第3页7.2逻辑分析仪的特点（6个）输入通道多；具有较大的存储深度,可以观察单次或非周期信号；数据捕获能力强，具有多种灵活的触发方式；显示方式丰富；驱动时域仪器的功能；限定功能。电子测量原理第4页逻辑分析仪的特点（1）输入通道多具有足够多的输入通道，是逻辑分析仪的重要特点。为适应以微处理器为中心的数字系统的检测，就必须要有较多的输入通道。一般的逻辑分析仪至少具备8个输入通道，现在多数为16个通道。至今世界上逻辑分析仪输入通道最多的是HP公司的64620S,它有120个通道。有这么多的平行输入通道，就可同时观察不规则单次、不重复的并行数据。（2）具有较大的存储深度,可观察单次或非周期信号所有的逻辑分析仪都具有高速随机存取存储器，因此它能快速记录数据。这种记忆功能使它可以观察单次现象和诊断随机性故障。利用存储器功能，可以捕获、显示触发前或触发后的数据，这样有利于分析故障产生的原因。电子测量原理第5页（3）数据捕获能力强，具有多种灵活的触发方式触发能力是评价逻辑分析仪的重要指标。由于逻辑分析仪具有灵活准确的触发能力，它可以在很长的数据流中对要观察分析的那部分信息作出准确定位，从而捕获对分析感兴趣的信息。对于软件分析，逻辑分析仪的触发能力使它可以跟踪系统运行中的任意一段程序。触发能力可以解决检测与显示系统中存在的干扰及毛刺等问题。逻辑分析仪的特点电子测量原理第6页（4）显示方式丰富采用不同的显示方式，更有利于快速地观察和分析问题。逻辑分析仪具有多种显示方式。例如，对系统功能进行分析时，可以使用字符、助记符，或用汇编语言显示程序。为适应不同制式的系统，它有二、八、十、十六进制，以及ASCII码的数据显示；为便于了解系统工作的全貌，有图形显示；对时间关系进行分析时，有用高、低电平表示逻辑状态的时间图显示等。逻辑分析仪的特点电子测量原理第7页（5）驱动时域仪器（示波器）的功能数据流状态值发生的差错（错码）常常来源于时间域的某些失常，其原因往往是毛刺、噪声干扰或时序的差错。当使用逻辑分析仪观察这些现象的时候，有时需要借助于示波器来复现信号的真实波形。但是在数据流中出现的窄脉冲，模拟示波器很难捕捉到。逻辑分析仪能够对数据错误进行定位，找到窄脉冲出现的时刻，同时输出一个触发同步信号去触发示波器，便可在示波器上观察到失常信号的真实波形。这点也说明逻辑分析仪和示波器两者是相辅相成的。逻辑分析仪的特点电子测量原理第8页（6）限定功能所谓限定功能，就是对所获取的数据进行鉴别、挑选的一种能力。限定功能解决了对单方向数据传输情况的观察，以及对复用总线的分析。由于限定可以剔出与分析无关的数据，这样就有效地提高了分析仪内存的利用率。现行的分析仪不仅都有这种能力，而且有的分析仪限定通道数多达几十个。逻辑分析仪的特点电子测量原理第9页按工作特点分类:(1)逻辑状态分析仪(2)逻辑定时分析仪按结构特点分类:(1)台式逻辑分析仪(2)便携式逻辑分析仪(3)外接式逻辑分析仪(4)卡式逻辑分析仪需要外接显示器7.3逻辑分析仪的分类电子测量原理第10页台式逻辑分析仪TLA612按结构特点分类电子测量原理第11页便携式逻辑分析仪按结构特点分类电子测量原理第12页卡式逻辑分析仪按结构特点分类电子测量原理第13页外接式逻辑分析仪AgilentE9340A按结构特点分类电子测量原理第14页1、逻辑状态分析仪逻辑状态分析仪是以“0”、“1”字符或助记符显示被测系统逻辑状态的。它的特点是显示直观，显示的每一位与各通道输入数据一一对应。状态分析仪对系统进行实时状态分析，即检查在系统时钟作用下总线的信息状态。因此它是用被测系统的时钟来控制记录速度的，与被测系统同步工作。一般用于对软件的检测。按工作特点分类电子测量原理第15页2、逻辑定时分析仪逻辑定时分析仪用时间图来显示被测信号，显示的是呈一连串类似方波的伪波形。这些波形是根据预先选定的0和1所代表的电平经过处理后的逻辑状态关系图，而x轴以所选定的时钟脉冲时间作为时基。逻辑定时分析仪考察两个系统时钟之间数字信号的传输状态和时间关系。因此逻辑定时分析仪内部有时钟发生器，在内部时钟控制下记录数据，与被测系统异步工作。为了提高测量准确度和分辨力，要求内部时钟频率远高于被测系统的时钟频率。逻辑定时分析仪对硬件的检测比较方便。按工作特点分类电子测量原理第16页表7.3.1电子测量原理第17页3、数据域与数据域仪器（1）时域：如果信号是以时间为自变量的函数，则属时域范畴。（2）频域：以频率为自变量，功率或能量为因变量的函数关系属频域范畴。图7.3.1时域波形图图7.3.2频谱图电子测量原理第18页（3）数据域以离散时间或事件出现的次序为自变量，把状态值作为因变量的函数关系属数据域范畴。数据域曲线可描述为关于离散时间的事件序列。一个十进制计数器，在激励时钟作用下，其输出二进制码0000~1001，并重复此序列。这样数据域曲线便表示为一个阶梯波（类似D/A转换器输出），其水平轴是离散的时钟信号，而垂直轴是输出状态值。图7.3.3数据域时间状态图电子测量原理第19页4、逻辑分析仪与模拟示波器比较逻辑分析仪从显示结果上看与模拟示波器很相似，有操作键和显示部分；但从电路结构和功能上来看，两者在测量方法、触发方式和显示方式等方面有许多的差别。模拟示波器，主要用于分析模拟信号，即对于测量电压、时间、波形失真及相位比较等方面是很方便的。逻辑分析仪用来观察以高、低电平组成的逻辑信号，特别是观察不规则的单次触发的多路信号。这些功能，模拟示波器是无法实现的。电子测量原理第20页表7.3.2逻辑分析仪与模拟示波器的比较逻辑分析仪与模拟示波器比较电子测量原理第21页7.4逻辑分析仪主要内容:逻辑分析仪的特点与分类逻辑分析仪的基本组成原理逻辑分析仪的触发方式逻辑分析仪的显示方式逻辑分析仪的主要技术指标与发展趋势逻辑分析仪的应用电子测量原理第22页7.4逻辑分析仪的组成原理逻辑分析仪的组成结构如图7.4.1所示，它主要包括数据捕获和数据显示两大部分。信号输入信号外时钟采样数据存储时钟选择内时钟触发产生显示控制CRT数据捕获数据显示图7.4.1逻辑分析仪原理结构门限电平设定7.5逻辑分析仪的主要电路电子测量原理第23页1、信号输入被测系统的信号首先通过分析仪的探极接入。为把输入模拟脉冲变成逻辑电平的伪波形，输入的门限电平可由使用者选择，以便于被测系统的阈值电平配合。输入信号的电压以阈值电平为界，比它高时为高电平，比它低时为低电平。信号输入信号外时钟采样数据存储时钟选择内时钟触发产生显示控制CRT数据捕获数据显示图7.4.1逻辑分析仪原理结构门限电平设定电子测量原理第24页2、采样将被测逻辑状态存入存储器，通过时钟脉冲周期地对输入数据取样。若时钟来自被测系统，则为同步取样。只有当被测系统时钟存在时才存储输入数据。为把定时信息像状态信息一样存储，分析仪内部产生一个与被测系统时钟无关的时钟，对输入数据取样，这样取样成为异步取样。内部时钟频率可以比被测系统时钟频率高得多，使每单位时间内获取的数据更多，显示的数据更精确。信号输入信号外时钟采样数据存储时钟选择内时钟触发产生显示控制CRT门限电平设定电子测量原理第25页同步、异步取样波形电子测量原理第26页同步取样时，为了采集数据，必须使输入数据在时钟脉冲边沿前后的建立时间ts和保持时间th内维持不变。（ts+th）表示能测量的最小脉冲宽度。而输入数据的最大时钟频率为：电子测量原理第27页3、数据存储由于用RAM完成存储数据，因此能观测瞬变的现象。存储器采用“先进先出”原则。存储数据后将先存入的数据清除，而存入新数据，直到产生触发才停止存入。为了扩大显示范围，弥补容量有限的缺点，分析仪还设有延迟计数装置，使存储器在触发信号后延迟一段时间才停止存储数据。这不仅能显示触发前的输入数据，还能显示触发后或以触发脉冲为中心的输入数据。信号输入信号外时钟采样数据存储时钟选择内时钟触发产生显示控制CRT门限电平设定电子测量原理第28页7.6逻辑分析仪的主要工作方式1、数据的采集数据流：逻辑分析仪对被测信号连续采样获得的一系列数据。通道1通道8100….1100….1000….1000….0采样时钟000….0000….0100….0100….1100….0100….0采样数据数据流电子测量原理第29页触发：由触发字控制数据获取，即选择观察窗口的位置。跟踪：采集并显示数据的一次过程称为一次跟踪。触发字数据流数据窗口跟踪开始观察窗口宽度：逻辑分析仪存储深度电子测量原理第30页2、触发方式组合触发：多通道信号的组合作为触发条件，即数据字触发。每个通道的触发条件可为：“1”“0”“x”如：8个通道的组合触发条件设为：“011010X1”则：该8个通道中出现数据：01101001或01101011时均触发电子测量原理第31页（1）基本的触发跟踪方式：触发起始跟踪触发终止跟踪触发字数据流数据窗口跟踪开始触发起始跟踪触发字数据流数据窗口跟踪结束触发终止跟踪图7.6.2基本触发跟踪方式电子测量原理第32页（2）延迟触发在数据流中搜索到触发字时，并不立即跟踪，而是延迟一定数量的数据后才开始或停止存储数据，它可以改变触发字与数据窗口的相对位置。跟踪结束数据流数据窗口触发字延迟数(b)触发终止跟踪加延迟触发字数据流数据窗口跟踪开始延迟数(a)触发开始跟踪加延迟图7.6.3延时触发方式电子测量原理第33页图7.6.4序列触发方式（3）序列触发多个触发字的序列作为触发条件，当数据流中按顺序出现各个触发字时才触发。第二级触发第一级触发两级序列触发工作原理电子测量原理第34页（4）手动触发（随机触发）无条件的人工强制触发，因此观察窗口在数据流中的位置是随机的。（5）限定触发与门限定条件触发识别数据流触发信号限定条件触发产生原理3、数据的存储（1）移位寄存器存储（2）随机寄存器存储电子测量原理第35页4、逻辑分析仪的显示方式每个通道的信号用一个伪方波显示，多个通道同时显示。（1）波形显示电子测量原理第36页2．数据列表显示将每个通道采集到的值组合成数据，按采样顺序显示。电子测量原理第37页3、反汇编显示地址（HEX）数据（HEX）操作码操作数2000200320052006...21422006049723...LDLDSUBINC...HL，2042B，04AHL...将数据流按照被测CPU指令系统反汇编后显示。电子测量原理第38页7.7逻辑状态分析仪（简介）逻辑状态分析仪采用0和1显示各种组合数据电平的状态，每一位与各通道输入数据一一对应，采用被测系统时钟同步方式工作，并以真值表格式显示并行输入数据。使用方便、观察直观。该仪器较适用于对小型和微型机软件、硬件的程序调试和故障查找，并可用于对逻辑电路及数字集成电路的测试和故障检测。电子测量原理第39页7.7.1主要技术指标平行输入通道：16个数据输入通道；2个数据甄别通道；1个同步时钟输入通道。时钟频率：0-5MHz输入阻抗：1MΩ//10pF阈值电平TTL：电平固定为1.5VVAR:-10~+10V