[工学]电子测量技术-第七章逻辑分析仪课件.ppt

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）,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）,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。,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。,（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,（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,（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,（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,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,台式逻辑分析仪,TLA 612,按结构特点分类,便携式逻辑分析仪,按结构特点分类,卡式逻辑分析仪,按结构特点分类,外接式逻辑分析仪,Agilent E9340A,按结构特点分类,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,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,表7.3.1,3、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,（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00001001，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,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。,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,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,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。,7.5 逻辑分析仪的主要电路,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。,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。,同步、异步取样波形,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：,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。,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。,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。,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,（1）基本的触发跟踪方式：,触发起始跟踪,触发终止跟踪,图7.6.2 基本 触发跟踪方式,（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。,图7.6.3 延时触发方式,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。,两级序列触发工作原理,（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,3、数据的存储（1）移位寄存器存储（2）随机寄存器存储,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,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。,3、反汇编显示,将数据流按照被测CPU指令系统反汇编后显示。,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。,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：1M/10pF阈值电平 TTL：电平固定为1.5V VAR:-10+10V之间连续可变取样方式：重复取样，单次取样，随机取样触发方式：起始触发，终端触发，起始延迟，限定触发存储容量：16X16位显示方式：状态表显示，显示时间，列消隐，字加亮,7.7.12基本工作原理和流程图,逻辑状态分析仪可分为三个部分输入探极逻辑控制插件主机 其中逻辑控制插件是分析仪的核心。,逻辑控制插件,数据获取部分的功能 同步地将被测系统的信号写入随机存储器；在触发方式选择下控制数据的获取。显示控制部分的功能 重复显示，显示速率由面板控制；单次取样方式下永远显示存储内容，直到按下“复位”键；显示控制部分的增辉控制电路的主要作用是使显示的数据便于识别，以加亮触发字和消去不必要的列信号。,数据获取和显示是交替进行的，一旦显示周期结束后，就会产生LAQ（低态，取数）信号，仪器进入新的数据获取周期。数据取样：每个输入数据在写入存储器之前，先在缓冲寄存器暂存，然后与面板设定的触发字比较，当输入数据和触发字全部相符时，产生一个取数指令。显示周期：显示周期始于HDR的产生，将取样周期中写入存储器的数据读出，并显示一组码，在每组被显示码的末端，示波管的电子束移到下一组码的位置，这个过程一直持续到第16组码的末端。,逻辑控制插件,7.7.3 逻辑分析仪的技术指标及发展趋势,1、主要技术指标,定时分析最大速率。状态分析最大速率。通道数。存储深度。触发方式。输入信号最小幅度。输入门限变化范围。毛刺捕捉能力。,2、发展趋势,分析速率、通道数、存储深度等技术指标不断提高 早期逻辑分析仪的工作速度、通道数目和内存容量等主要指标都比较低，随着微机化产品越来越多，性能不断提高。目前逻辑分析仪的内部时钟多在50-100MHz,最高达660MHz。比较新的分析仪都具有较多的通道数。目前存储容量在2-9千字，最高容量达40千字。,功能不断加强 软件分析：通过软件性能分析发现低效能的程序，特别是找出一些通常很难发现的小毛病，还能揭示软件设计是否最佳，并指出改进途径。,2、发展趋势,特征分析 这是一种故障诊断技术。它适用于从存储器的单板调试直到微机化产品等数字设备的现场维修。方法简单，故障检出率高。缺点是要求被测设备相应增加一些软件和硬件，以便产生特征分析激励信号。,与时域测试仪器示波器的结合 提高混合信号分析能力。自动测试 向逻辑分析系统（Logic Analyze System）方向发展。与计算机进行通信，实现自动测试。便携式。,7.8 逻辑分析仪的应用例1 显示数据流,测试二十六进制的计数器的状态流，将探极的四个通道接到被测计数器的输出端，不用的通道全部置OFF位；然后选择触发字，若选0000，触发方式置起始显示。,例2 利用分析仪取出微处理器中任何程序,逻辑状态分析仪是分析软件和检查程序的最好工具。将探极夹到被测电路中去，通过选择触发字和触发方式，就可以在CRT上显示出程序流的情况。,逻辑分析仪的应用,例3 用逻辑状态分析仪驱动示波器,二十进制计数器的计数情况不正确，应该在99复位，结果在89就复位了。重新调整逻辑分析仪，触发方法置起始显示方式，触发字置88，用触发输出来启动示波器，则可发现在复位母线上的状态90处有一个毛刺，得知由复位线上产生的这一瞬变过程所致。,逻辑分析仪的应用,逻辑分析仪的应用,例4 毛刺信号的测试,D0，D1，D2是译码器的三个输入端波形。D3，D4，D5，D6是四个输出端的波形，每个输出波形上都有毛刺脉冲。由于译码器采用的触发器性能及级数造成不同的延迟时间，在翻转过程中产生毛刺。跳变的输入信号多，产生毛刺的可能性就大。,解决的办法是采用高速集成触发器芯片，而不用中低速集成芯片。,逻辑分析仪的应用,例5 ROM片最高工作频率的测试,用数据发生器产生被测试ROM的地址，用状态分析仪监视ROM的输出数据，用数字频率计测量数据发生器的时钟频率。首先使数据发生器低速工作，其输出地址供ROM使用，分析仪把采集到的ROM输出数据作为正确数据，通过键盘将其存入参考存储器内；然后逐渐提高ROM的工作速度，使用分析仪的比较功能对每次获取的新数据与原存的正确数据比较，当发现两者的内容不一致时，频率计所测得的时钟频率就是ROM的最高工作频率。,逻辑分析仪的应用,