- 邏輯分析儀的工作原理
- 邏輯分析儀的分類和作用
- 邏輯分析儀主要技術指標
- 邏輯分析儀的使用
- 配合使用邏輯分析儀與示波器
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邏輯分析儀是數(shù)字設計驗證與調試過程中公認最出色的工具，它利用時鐘脈沖從測試設備上采集和顯示數(shù)位信號，能夠檢驗數(shù)字電路是否正常工作，幫助查找并排除故障，加快產品面市周期。本講介紹邏輯分析儀的原理、適用范圍和分類，深入解析邏輯分析儀的技術指標與使用步驟，并綜合討論如何將邏輯分析儀與示波器一起使用，以更快和更有效地找出系統(tǒng)中的故障。
一臺邏輯分析儀就好像一臺數(shù)位示波器，不過邏輯分析儀只顯示兩個電壓等級(邏輯狀態(tài)1和邏輯狀態(tài)0)而不像示波器的許多電壓等級。設定了參考電壓后，邏輯分析儀將被測信號通過比較器進行判定，高于參考電壓者為High,低于參考電壓者為Low，在High與Low之間形成數(shù)字波形。一般的示波器只有2個通道或4個通道，而邏輯分析儀可以擁有從16個通道、32個通道、64個通道和上百個通道數(shù)不等，因此邏輯分析儀具備同時進行多通道測試的優(yōu)勢。
邏輯分析儀的工作原理
邏輯分析儀首先保存使用者設置的觸發(fā)條件，然后就利用設置的觸發(fā)條件在測試的設備上進行取樣信號值，并且把擷取到的信號值保存到它內部的內存中，最后邏輯分析儀的軟件在從內存中把擷取到的值讀出來，處理成波形或者狀態(tài)量進行顯示。簡單說，邏輯分析儀的工作過程就是數(shù)據(jù)采集、存儲、觸發(fā)、顯示的過程。下面以分類的方式介紹邏輯分析儀的組成。
邏輯分析儀的分類
邏輯分析儀分為兩大類：邏輯狀態(tài)分析儀和邏輯定時分析儀，大多數(shù)邏輯分析儀是兩種分析儀組合在一起的儀器。這兩類分析儀的基本結構是相似的，主要區(qū)別表現(xiàn)在顯示方式和定時方式上。
邏輯狀態(tài)分析儀用字符0、1或助記符顯示被檢測的邏輯狀態(tài)，顯示直觀，可以從大量數(shù)碼中迅速發(fā)現(xiàn)錯碼，便于進行功能分析。邏輯狀態(tài)分析儀用來對系統(tǒng)進行實時狀態(tài)分析，檢查在系統(tǒng)時鐘作用下總線上的信息狀態(tài)。它的內部沒有時鐘發(fā)生器，用被測系統(tǒng)時鐘來控制記錄，與被測系統(tǒng)同步工作，主要用來分析數(shù)字系統(tǒng)的軟件，是跟蹤、調試程序、分析軟件故障的有力工具。
邏輯定時分析儀用來考察兩個系統(tǒng)時鐘之間的數(shù)字信號的傳輸情況和時間關系，它的內部裝有時鐘發(fā)生器。在內時鐘控制下記錄數(shù)據(jù)，與被測系統(tǒng)異步工作，主要用于數(shù)字設備硬件的分析、調試和維修。
總結一條經驗法則：用狀態(tài)分析儀檢查總線上發(fā)生了“什么”，而用定時分析儀查看“什么時候”發(fā)生。因此，狀態(tài)分析儀通常用列表方式顯示數(shù)據(jù)，而定時分析儀用波形圖顯示數(shù)據(jù)。在邏輯分析儀用波形圖顯示狀態(tài)數(shù)據(jù)，或以列表顯示定時數(shù)據(jù)時，應非常小心，以避免錯誤地解釋數(shù)據(jù)。
而根據(jù)硬件設備設計上的差異，目前市面上邏輯分析儀大致上可分為獨立式（或單機型）邏輯分析儀和需結合電腦的PC-based卡式虛擬邏輯分析儀。
關于邏輯分析儀的詳細分類以及深入原理介紹，請查看
什么是邏輯分析儀——定時分析儀基礎和狀態(tài)分析儀基礎
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什么時候應使用邏輯分析儀
邏輯分析儀能同時捕獲和顯示數(shù)百個信號，分析這些信號的時間關系和邏輯關系；對于調試難以捕獲的、間斷性故障，某些邏輯分析儀可以檢測低頻瞬態(tài)干擾，以及是否違反建立、保持時間。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計中的特定硬件活動相互關聯(lián)。邏輯分析儀可將源代碼與設計中的特定硬件活動相互關聯(lián)。
一般來說，當需要觀察多于示波器通道數(shù)的信號線，并且不需要精密的時間間隔信息時，就應使用邏輯分析儀。邏輯分析儀特別適合考察總線上的時間關系或數(shù)據(jù)，如微處理器地址總線、數(shù)據(jù)總線或控制總線。它們可以解碼微處理器總線上的信息，以有意義的方式表示這些信息。當完成了參數(shù)設計階段，開始關注許多信號間的定時關系和需要在邏輯高和低電平碼型上觸發(fā)時，邏輯分析儀就是正確的工具。
下述情況應使用邏輯分析儀：
①調試并檢驗數(shù)字系統(tǒng)的運行；
②同時跟蹤多個數(shù)字信號并使之相關聯(lián)；
③檢驗并分析總線中違反時限的操作以及瞬變狀態(tài)；
④跟蹤嵌入軟件的執(zhí)行情況；
⑤需要以與硬件相同的方式查看系統(tǒng)中的信號時；
⑥需要觸發(fā)多條線路上的邏輯高和低碼型、查看結果。
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邏輯分析儀的主要技術指標
邏輯分析儀主要的技術指標有：
- 最高采樣頻率：最高采樣頻率越高，捕獲帶寬越高。
- 通道數(shù)：通道數(shù)越多，能同時捕獲的信號數(shù)也就越多。
- 存儲深度：存儲深度越大，能夠記錄的數(shù)據(jù)就越多。
- 輸入阻抗：輸入阻抗越高，對被測信號的影響越小。
- 觸發(fā)方式：觸發(fā)方式越多，使用起來越靈活。
其它技術指標還有：觸發(fā)門限電平范圍、是否有協(xié)議分析工具等等，這些都決定了邏輯分析儀的性能。邏輯分析儀的技術指標與其使用是緊緊相關的。
邏輯分析儀的使用
使用邏輯分析儀與數(shù)字信號相連、捕獲數(shù)字信號并進行分析，一般有以下4個步驟：
①用邏輯探頭與被測系統(tǒng)（DUT）相連；
②設置時鐘模式和觸發(fā)條件；
③捕獲被測信號；
④分析與顯示捕獲的數(shù)據(jù)。
邏輯分析儀中可以對各種邏輯條件進行觸發(fā)。觸發(fā)的目的在于為邏輯分析儀設定什么時候開始捕獲數(shù)據(jù)、捕獲哪些數(shù)據(jù)，使邏輯分析儀跟蹤被測電路的邏輯狀態(tài)，并在被測系統(tǒng)中用戶定義的事件處觸發(fā)。
存儲于實時捕獲存儲器中的數(shù)據(jù)可用于各種顯示和分析模式。一旦數(shù)據(jù)在系統(tǒng)中存儲，它就能夠以各種不同的格式查看，如時間波形，與二進制代碼等。對于大多數(shù)的測試需要，用戶都比較習慣于使用總線形式顯示捕獲的數(shù)據(jù)，而且，一般的邏輯分析儀可以同時觀察幾組并行總線，并觀察他們之間的數(shù)據(jù)關系，了解邏輯代碼的真正用意。在使用邏輯分析儀觀察并行總線時，一般都會先觀察同步狀態(tài)數(shù)據(jù)，如果狀態(tài)數(shù)據(jù)存在問題，在觀察異步時鐘數(shù)據(jù)，尋找問題所在。
關于邏輯分析儀的使用的詳細步驟指導，請查看：
邏輯分析儀的使用
http://www.77uud.com/art/artinfo/id/80011334
關于邏輯分析儀的應用指導，請查看：
使用邏輯分析儀調試時序問題
http://www.77uud.com/art/artinfo/id/80011335
邏輯分析儀在嵌入式系統(tǒng)調試中的應用
http://www.77uud.com/art/artinfo/id/80011336
實現(xiàn)邏輯分析儀成功探測的6項提示
http://www.77uud.com/art/artinfo/id/80011337
從事數(shù)字硬件電路的設計和維修，不僅會接觸到邏輯分析儀，也會接觸到示波器。以下討論如何將這些工具一起使用，以更快和更有效地找出系統(tǒng)中的故障。
有效使用數(shù)字工具
現(xiàn)象和成因
在查找數(shù)字電路故障時，常常會產生疑問：“產生這些現(xiàn)象的原因是什么? ”也許能很容易確定故障現(xiàn)象，但排除故障還需找到產生這些問題的原因。在許多情況下，現(xiàn)象和成因處在不同的域。例如，存儲器控制線上的毛刺造成存儲器的不正確讀寫。這一現(xiàn)象(錯誤數(shù)據(jù))可以在數(shù)據(jù)域用狀態(tài)分析儀和在可疑存儲器地址上進行觸發(fā)找到。但其成因卻不能在數(shù)據(jù)域確定。也可能現(xiàn)象是出現(xiàn)在時域(例如I/O 線上的不良握手信號)，而成因卻是在數(shù)據(jù)域(例如錯誤的軟件I/O 例程)
圖1. 不同測量域的現(xiàn)象和成因例子
模塊間測量
使用多種儀器進行的測量稱為“模塊間測量”。模塊間測量要求把所有的工具集成到一臺儀器中，使其能同時捕獲數(shù)據(jù)。圖2 示出帶有集成示波器顯示的邏輯分析儀系統(tǒng)配置菜單。這一設置提供從狀態(tài)分析中的錯誤數(shù)據(jù)到示波器域毛刺的跟蹤能力。
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交叉域觸發(fā)
我們的例子中已談到針對問題現(xiàn)象的模塊觸發(fā)(狀態(tài)分析儀，定時分析儀或示波器)。在現(xiàn)象產生時分析儀適當?shù)挠|發(fā)方式立即觸發(fā)，監(jiān)視問題產生原因的模塊開始捕獲數(shù)據(jù)。這可通過在其它模塊觸發(fā)時授權一個模塊實現(xiàn)。作為對完全功能性的要求，每一個模塊都應能接收和發(fā)送觸發(fā)信號。傳輸這些觸發(fā)信號的總線被稱為“模塊間總線”，或IMB(圖2)。
圖2. 系統(tǒng)配置菜單和模塊間總線
圖3. 設置模塊間測量
交叉域時相關
當成功觸發(fā)所有測量模塊并結束了數(shù)據(jù)捕獲后，就需要查看捕獲的數(shù)據(jù)。為建立不同測量域間的相關關系，在同一屏幕上顯示兩個測量域的數(shù)據(jù)將是很方便的。但如何建立不同于跟蹤點的狀態(tài)和定時間的相關呢? 應記住定時分析儀使用與系統(tǒng)異步的內部采樣時鐘，而狀態(tài)分析儀則對目標系統(tǒng)作同步采樣。如果我們對外部狀態(tài)樣本間的時間計數(shù)，就能得到從定時分析儀波形任意點關聯(lián)到狀態(tài)分析儀列表相應位置的足夠時間信息。
應用例子
可在圖4中看到用狀態(tài)分析儀在特定存儲器入口上的觸發(fā)。定時分析儀和示波器都由狀態(tài)分析儀觸發(fā)，以提供多個通道的定時信息及少數(shù)幾個通道的參數(shù)信息。應注意可使用光標建立時域(示波器和定時分析儀)和數(shù)據(jù)域(狀態(tài)分析儀)間的相關關系。
圖4. 交叉域測量
