第七章數(shù)據(jù)域測量

第7章數(shù)據(jù)域測量7.1數(shù)域分析和數(shù)域測量儀器7.2邏輯分析儀 7.2.1

邏輯分析儀的特點與分類 7.2.2邏輯分析儀的基本組成原理

7.2.3邏輯分析儀的觸發(fā)方式 7.2.4邏輯分析儀的顯示方式 7.2.5邏輯分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)

與發(fā)展趨勢 7.2.6邏輯分析儀的應(yīng)用

如何正確有效地檢測和分析數(shù)字及微機系統(tǒng)問題。由于數(shù)字系統(tǒng)中傳輸?shù)氖且噪x散時間為自變量的數(shù)據(jù)字，傳統(tǒng)的時域測量法和頻域測量法已無能為力，因而產(chǎn)生了“數(shù)域測量”這一新的測量領(lǐng)域。7.1數(shù)域分析和數(shù)域測量儀器P2417.1.1數(shù)域分析的基本概念在傳統(tǒng)測量中，時域測量是對隨時間連續(xù)變化的模擬量進行的測量，示波器是典型的時域測試儀器；頻域測量是在頻域內(nèi)對信號特征的測量，頻譜分析儀是典型的頻域測試儀器，它以頻率為自變量，以各頻率分量為因變量。然而，數(shù)域測量是對數(shù)字系統(tǒng)中隨時間離散變化的數(shù)據(jù)流進行測試，離散時間或時間序列為自變量，邏輯分析儀是典型的數(shù)域測試儀器。為便于理解掌握，時域、頻域和數(shù)域的比較列于表7-1中。表7-1時域、頻域和數(shù)域的比較

7-1中的數(shù)域測量是一個簡單的十進制計數(shù)器，自變量為計數(shù)時鐘序列，輸出為計數(shù)器狀態(tài)給出的4位二進制碼組成的數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)流可以是高低電平表示（如波形），也可以是“數(shù)據(jù)字”表示（如二進制碼）。在數(shù)域分析中，自變量可以是離散的等時間序列（如表中的計數(shù)器時鐘序列），但多數(shù)情況下不以等時間間隔方式出現(xiàn)。在數(shù)域測量中，人們關(guān)心的并不是每條信號線上電壓的確切數(shù)值及其測量的準確度如何，而只關(guān)心各信號在自變量對應(yīng)處的電平狀態(tài)是高還是低以及各信號互相配合在整體上所表達的意義。7.1.1數(shù)域分析的基本概念（續(xù)）7.1.2數(shù)字系統(tǒng)的特點及數(shù)域測試的要求數(shù)字系統(tǒng)的特點決定了對數(shù)域測試的要求。1.數(shù)字信號按時序傳遞數(shù)字系統(tǒng)通常嚴格按一定的時序工作，系統(tǒng)中的信號都是有序的信號流，如計算機的取指、讀和寫等。因此，要求能測各信號間的時序和邏輯關(guān)系，這是數(shù)域測量的主要任務(wù)之一。2.數(shù)字信號是多位傳輸數(shù)字信號經(jīng)常在總線中傳輸，如計算機數(shù)據(jù)總線上的數(shù)字、指令總線上的指令和地址總線上的地址等，它們都是多位的.因此,要求數(shù)據(jù)測試儀器要能同時進行多路測試.3.數(shù)字信息的多方式傳遞數(shù)字系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的格式差別很大，數(shù)據(jù)的傳遞方式也是多種多樣的。在同一數(shù)字系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信息的傳遞方式有串行和并行、同步和異步，有時串行與并行之間還要轉(zhuǎn)換。因此，數(shù)域測試中要注意系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)的格式、測試點的選擇以及彼此間的邏輯關(guān)系，以便獲取有意義的數(shù)據(jù)。4.數(shù)字信號的速度變化范圍寬數(shù)字系統(tǒng)中，往往是高、低信號并存，如計算機系統(tǒng)的高速主機與低速打印、電傳機等同時工作。因此，要求數(shù)域測試設(shè)備的采樣頻率范圍要寬，具有同時采集不同速度數(shù)據(jù)的能力。7.1.2數(shù)字系統(tǒng)的特點及數(shù)域測試的要求

5.數(shù)字系統(tǒng)故障判別特點在模擬系統(tǒng)中，故障往往表現(xiàn)為電路中某節(jié)點的電位不正常和波形不正常。在數(shù)字系統(tǒng)中，故障不在于信號的波形及電位變化，而在于信號之間的邏輯關(guān)系是否滿足要求。例如，數(shù)據(jù)流中因干擾或時序配合不當(dāng)，會出現(xiàn)持續(xù)時間明顯小于時鐘周期的尖脈沖，將導(dǎo)致計算機硬件工作不正常，這種失常有時又在程序執(zhí)行過程中以軟件故障形式體現(xiàn)出來。因此，要求數(shù)據(jù)測試儀器具有存貯功能。7.1.2數(shù)字系統(tǒng)的特點及數(shù)域測試的要求7.1.3數(shù)域測試儀器數(shù)字系統(tǒng)具有前述諸多特點，對數(shù)域測試儀器設(shè)備也有諸多要求，因而有各種各樣的數(shù)據(jù)測試儀器。

(一).寬帶示波器測量

數(shù)域測試也分“靜態(tài)”和“動態(tài)”兩種，前者是在固定輸入下測輸出的邏輯，后者是在脈沖序列輸入下測輸出的邏輯。利用寬帶示波器可觀測數(shù)字電路在脈沖序列作用下各處的波形，不但能測脈沖參數(shù)，還可以測邏輯關(guān)系。寬帶示波器的頻率上限很高，可參見第五章內(nèi)容。比如，用示波器測一由觸發(fā)器構(gòu)成的異步十進制計數(shù)器的邏輯功能，可測出脈沖序列和各處的波形，便可得出結(jié)論。用示波器測量是動態(tài)測量。

(二).簡易邏輯測試設(shè)備早期的數(shù)字系統(tǒng)故障查找工具是簡易測試設(shè)備，包括常用的邏輯筆、邏輯夾、邏輯電平測試器等，它們用來判斷簡單數(shù)字電路（一路或多路）信號的穩(wěn)定（靜態(tài)）電平、單個脈沖或極低速脈沖列。邏輯筆用于單路信號，邏輯夾用于多路信號。

1.邏輯筆邏輯筆的外形如圖所示。7.1.3

數(shù)域測試儀器頂部指示燈中，紅燈指示邏輯“1”（高電平），綠燈指示邏輯“0”（低電平）。圖1邏輯筆測試時的邏輯狀態(tài)與響應(yīng)關(guān)系如下：穩(wěn)定邏輯“1”狀態(tài)，紅燈穩(wěn)定亮；穩(wěn)定邏輯“0”狀態(tài)，綠燈穩(wěn)定亮；在邏輯“1”、“0”的中間狀態(tài)時，兩燈均不亮；單次正脈沖時顯示為“綠——紅——綠”；7.1.3

數(shù)域測試儀器

單次負脈沖時顯示為“紅——綠——紅”；低頻的脈沖序列時，紅、綠燈交替顯示。邏輯筆具有記憶功能，當(dāng)測試時，指示燈與對應(yīng)的邏輯電平對應(yīng)發(fā)光（發(fā)紅光或綠光），探針離開測試點后仍保持這種發(fā)光，便于使用者記錄被測試的狀態(tài)。用邏輯筆上的“存儲開關(guān)”來復(fù)位消除這種記憶。邏輯筆有選通脈沖輸出，取出其中之一的脈沖接至被測電路中的某一選通點上，邏輯筆隨著選通脈沖的加入而做出響應(yīng)。

與邏輯筆類似的還有電平測試器。邏輯筆通常與邏輯脈沖發(fā)生器配套使用，后者的形狀和大小也與筆類似。7.1.3

數(shù)域測試儀器

2.邏輯夾邏輯夾的工作原理與邏輯筆基本相同，只不過邏輯夾是多路并列的，可同時顯示集成電路所有端點的邏輯狀態(tài)。原理框圖見圖所示，圖中只畫出了一路的情況。每個端點都聯(lián)接一個門判網(wǎng)絡(luò)，通過一個非門驅(qū)動發(fā)光二極管發(fā)光。圖邏輯夾原理（16路中的一路）7.1.3

數(shù)域測試儀器

邏輯夾與邏輯脈沖發(fā)生器配合使用，可以比較迅速地尋找出電路的邏輯故障，尤其是在脈沖發(fā)生器的輸出信號頻率較低時，可以用邏輯夾清楚地反映門電路、觸發(fā)器、計數(shù)器或加法器等全部輸入端及輸出端之間的邏輯關(guān)系。上述簡易邏輯測試設(shè)備的電路簡單、價格便宜、使用方便，但只能測簡單數(shù)字電路的靜態(tài)情況，不能迅速、深入地分析復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)。(三).邏輯信號發(fā)生器

最簡單的邏輯信號發(fā)生器是單脈沖發(fā)生器，常做成筆形。它能產(chǎn)生有較強驅(qū)動能力的脈沖，其幅度和極性都可以選擇。7.1.3

數(shù)域測試儀器邏輯信號發(fā)生器是作為數(shù)域測量的電源，因此是必不可少的數(shù)域測試儀器之一。

(四).邏輯分析儀邏輯分析儀（LogicAnalyzer）是數(shù)域測試最為典型的先進儀器，能很好地滿足數(shù)域測試的各種要求,自1973年美國HP公司及BIOMATION分別研制問世以來，在短短時間內(nèi)得到了飛速的發(fā)展。正因為它的問世，才出現(xiàn)了所謂“數(shù)字域”（簡稱數(shù)域）測量。由于它以熒光屏顯示為主要方式，故又有邏輯示波器之稱。

7.1.3

數(shù)域測試儀器邏輯分析儀不但能分析數(shù)字系統(tǒng)、計算機軟件和硬件，而且能與計算機結(jié)合構(gòu)成多種智能邏輯分析儀和個人儀器型的邏輯分析儀插件，某些邏輯分析儀還能與計算機開發(fā)系統(tǒng)、仿真器、數(shù)字化電壓表、示波器等結(jié)合構(gòu)成完善的儀器系統(tǒng)。先進的邏輯分析儀可以同時檢測幾百路速度不同、電平標(biāo)準不同的數(shù)字信號，具有靈活多樣的觸發(fā)方式，可以方便地在很長的單次或非周期性數(shù)據(jù)流中選擇感興趣的觀察窗口，擁有映射圈、流程圖或列表等多種顯示方式。目前邏輯分析儀已成為設(shè)計、調(diào)試和檢測維修復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)、計算機和微機化產(chǎn)品的最有效工具。7.1.3

數(shù)域測試儀器7.2邏輯分析儀

主要內(nèi)容:7.2.1

邏輯分析儀的特點與分類7.2.2邏輯分析儀的基本組成原理

7.2.3邏輯分析儀的觸發(fā)方式7.2.4邏輯分析儀的顯示方式7.2.5邏輯分析儀的主要技術(shù)指標(biāo)

與發(fā)展趨勢7.2.6邏輯分析儀的應(yīng)用7.2.1邏輯分析儀的特點與分類1.邏輯分析儀的特點:

輸入通道多數(shù)據(jù)捕獲能力強,具有多種靈活的觸發(fā)方式具有較大的存儲深度,可以觀察單次或非周期信號顯示方式豐富能夠檢測毛刺2.邏輯分析儀的分類:按工作特點分類:(1)邏輯狀態(tài)分析儀（LogicStateAnalyzer，即LSA）

(2)邏輯定時分析儀（LogicTimingAnalyzer,即LTA）按結(jié)構(gòu)特點分類:(1)臺式邏輯分析儀

(2)便攜式邏輯分析儀

(3)外接式邏輯分析儀

(4)卡式邏輯分析儀2.邏輯分析儀的分類:臺式邏輯分析儀TLA612HP1682A邏輯分析儀便攜式邏輯分析儀卡式邏輯分析儀外接式邏輯分析儀AgilentE9340A7.2.2邏輯分析儀的組成原理p241/242邏輯分析儀的組成結(jié)構(gòu)如圖11-1所示，它主要包括數(shù)據(jù)捕獲和數(shù)據(jù)顯示兩大部分。信號輸入信號外時鐘采樣數(shù)據(jù)存儲時鐘選擇內(nèi)時鐘觸發(fā)產(chǎn)生顯示控制CRT數(shù)據(jù)捕獲數(shù)據(jù)顯示邏輯分析儀原理結(jié)構(gòu)門限電平設(shè)定7.2.3邏輯分析儀的觸發(fā)方式p249數(shù)據(jù)流：邏輯分析儀對被測信號連續(xù)采樣獲得的一系列數(shù)據(jù)。通道1通道8100….1100….1000….1000….0采樣時鐘000….0000….0100….0100….1100….0100….0采樣數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)流觸發(fā)的含義：由一個事件來控制數(shù)據(jù)獲取，即選擇觀察窗口的位置。跟蹤：采集并顯示數(shù)據(jù)的一次過程稱為一次跟蹤

觸發(fā)字數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)窗口跟蹤開始觀察窗口寬度：邏輯分析儀存儲深度1．組合觸發(fā)

(基本觸發(fā))組合觸發(fā)：多通道信號的組合作為觸發(fā)條件，即數(shù)據(jù)字觸發(fā)。每個通道的觸發(fā)條件可為：“1”“0”“x”如：8個通道的組合觸發(fā)條件設(shè)為：“011010X1”

則：該8個通道中出現(xiàn)數(shù)據(jù)：

01101001或01101011時均觸發(fā)基本的觸發(fā)跟蹤方式P250：觸發(fā)起始跟蹤觸發(fā)終止跟蹤觸發(fā)字數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)窗口跟蹤開始

觸發(fā)起始跟蹤觸發(fā)字數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)窗口跟蹤結(jié)束

觸發(fā)終止跟蹤2．延遲觸發(fā)P250在數(shù)據(jù)流中搜索到觸發(fā)字時，并不立即跟蹤，而是延遲一定數(shù)量的數(shù)據(jù)后才開始或停止存儲數(shù)據(jù)，它可以改變觸發(fā)字與數(shù)據(jù)窗口的相對位置。觸發(fā)字數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)窗口跟蹤開始延遲數(shù)跟蹤結(jié)束數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)窗口觸發(fā)字延遲數(shù)(a)觸發(fā)開始跟蹤加延遲(b)觸發(fā)終止跟蹤加延遲3．序列觸發(fā)P250多個觸發(fā)字的序列作為觸發(fā)條件，當(dāng)數(shù)據(jù)流中按順序出現(xiàn)各個觸發(fā)字時才觸發(fā)。導(dǎo)引條件使能第二級觸發(fā)第二級觸發(fā)字無效第二級觸發(fā)字有效第一級觸發(fā)B(導(dǎo)引條件)子程序C(觸發(fā)條件)主程序兩級序列觸發(fā)工作原理4．手動觸發(fā)（隨機觸發(fā)）無條件的人工強制觸發(fā)，因此觀察窗口在數(shù)據(jù)流中的位置是隨機的。5．限定觸發(fā)與門限定條件觸發(fā)識別數(shù)據(jù)流觸發(fā)信號限定條件觸發(fā)產(chǎn)生原理邏輯分析儀的數(shù)據(jù)獲取和存儲

1.輸入探頭若高于閾值則輸出為邏輯“1”，反之則為邏輯“0”。為檢測不同邏輯電平的數(shù)字系統(tǒng)（如TTL、CMOS、ECL等），門限電平可以調(diào)節(jié)，一般是-10~+10V。探頭相片

邏輯分析儀的數(shù)據(jù)采集從數(shù)據(jù)探頭得到的信號，經(jīng)電平轉(zhuǎn)換延遲變?yōu)門TL電平之后，在采樣時鐘的作用下，經(jīng)采樣電路存入高速存儲器。邏輯分析儀的數(shù)據(jù)獲取和存儲

同步采樣同步采樣能保證邏輯分析儀按被測系統(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?？梢詫Σ蓸拥耐鈺r鐘加一定的限定條件。由于邏輯分析儀內(nèi)部時鐘頻率一般較被測系統(tǒng)高得多，這樣使單位時間內(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。異步采樣可以檢測出波形中的“毛刺”干擾，并將它存儲到存儲器中記錄下來。

異步采樣7.2.4邏輯分析儀的顯示方式P246每個通道的信號用一個偽方波顯示，多個通道同時顯示。1．波形顯示2．?dāng)?shù)據(jù)列表顯示將每個通道采集到的值組合成數(shù)據(jù)，按采樣順序顯示。3．反匯編顯示地址（HEX）數(shù)據(jù)（HEX）操作碼操作數(shù)2000200320052006...21422006049723...LDLDSUBINC...HL，2042B，04AHL...將數(shù)據(jù)流按照被測CPU指令系統(tǒng)反匯編后顯示。4．圖解顯示將屏幕X，Y方向分別作為時間軸和數(shù)據(jù)軸進行顯示的一種方式。它將要顯示的數(shù)據(jù)通過D/A轉(zhuǎn)換器變?yōu)槟M量，按照存儲器中取出數(shù)據(jù)的先后順序?qū)⑥D(zhuǎn)換所得的模擬量顯示在屏幕上，形成一個圖像的點陣。（A）BCD數(shù)據(jù)序列的圖解顯示0510（B）程序執(zhí)行的圖解顯示2000H20FFH主程序子程序循環(huán)程序圖解顯示7.2.5邏輯分析儀的技術(shù)指標(biāo)

及發(fā)展趨勢1．主要技術(shù)指標(biāo)①定時分析最大速率。②狀態(tài)分析最大速率。③通道數(shù)。④存儲深度。⑤觸發(fā)方式。⑥輸入信號最小幅度。⑦