调试助手——逻辑分析仪
10.1 示波器和逻辑分析仪的比较
10.1.1 何时使用示波器?
- 当您需要看到信号上小的电压变化
- 当您需要很高的时间间隔精度
一般来说,在需要高垂直或电压分辨率时应使用示波器。即如果您需要看到如图10-1所示的每一微小电压变化,就应使用示波器。许多示波器,包括新一代数字示波器,还能够提供非常高的时间间隔分辨率。也就是能以很高的精度测量两个事件间的时间间隔。总之,当您需要参数信息时,就应使用示波器。
图10-2 逻辑分析仪采样图
10.2 什么是逻辑分析仪
逻辑分析仪是利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器,最主要的作用在于时序判定。逻辑分析仪与示波器不同,它不能显示连续的模拟量波形,而只显示高低两种电平状态(逻辑1和0)。使用逻辑分析仪,可以方便地设置信号触发条件开始采样,分析多路信号的时序,捕获信号的干扰毛刺,也可以按照规则对电平序列进行解码,完成通信协议分析,如1wire、I2C、UART、SPI、CAN等数据的时候,应用逻辑分析仪解决问题可以达到事半功倍的作用。
10.2.1 逻辑分析仪的工作原理
图10-3 数据采集原理图
在设置了参考电压(阈值)后,逻辑分析仪将采集到的信号与电压比较器比较,高于参考电压的为逻辑1,低于参考电压的为逻辑 0。这样就可以将被测信号以时间顺序显示为连续的高低电平波形,便于使用者进行分析和调试,如图10-3所示,就是以“阈值”作为参考值来采样的数据图形。
10.2.1 逻辑分析仪的分类
逻辑分析仪根据其硬件设备的功能和复杂程度,主要分为独立式(单机型)逻辑分析仪和基于电脑(PC-Base)的虚拟逻辑分析仪两大类。独立式逻辑分析仪是将所有的软件,硬件整合在一台仪器中,使用方便。虚拟逻辑分析仪则需要结合电脑使用,利用PC强大的计算和显示功能,完成数据处理和显示等工作。
专业逻辑分析仪,通常具有数量众多的采样通道,超快的采样速度和大容量的存储深度,但昂贵的价格也不是每个穷屌丝所能承受起的。作为工程师手头常备的开发工具,目前有许多入门级的逻辑分析仪设计,整体功能虽然不能和专业高档仪器相比,但是用较低的成本来实现特定的功能,也是非常成功的设计。
另一类的逻辑分析仪,是以低速单片机为基础的。很多爱好者用PIC、AVR等常见单片机设计了自己的作品。但这类基于单片机的逻辑分析仪共同弱点就是采样速度太慢,通常不超过1MHz。
以USB IO芯片为基础的入门级逻辑分析仪现在最为流行。比如Saleae logic(实物如图10-4所示),还有类似的USBee等。这类产品主要采用一个USB IO芯片,例如CYPRESS公司的CY7C68013A,所有的信号触发和处理工作都是电脑上的软件完成的,硬件部分就只是一个数据采集、记录仪。最高采样速度24MHz。它们可以“无限数量”地采样,因为所有的数据都是存储在电脑里的。目前一般最多是8个通道,更多的通道数量会成比例地降低最高采样速度。这类产品构造简单,方便易用,价格便宜,是调试单片机开发工作的好工具。它的缺点主要是采样速度只有24MHz、8个通道,对于分析高速并行总线就不能胜任了。更进一步的设计,需要增加FPGA、SRAM等器件,才能解决速度不够和通道数量不足的问题。
图10-4 Saleae logic Analyzer实物图
10.3 Logic软件的相关概述
上面我们已经提到,这个逻辑分析仪需要借助软件来完成,因此我们首先的安装该上位机软件。
10.3.1 Logic软件的安装
首先安装logic software,软件可以到找我索取,同时也可以到官方网站下载,下载地址是:http://www.saleae.com/downloads。这里有各种系统版本的软件,请网友们按自己电脑的系统、处理器类型选择合适的版本,如图10-5所示,这里残弈悟恩选择“Windows”下的“64 bit”软件(原因1:我用的是Win7系统;原因2:我用的是:64位电脑)。
,双击快捷方式,进入软件,界面如图10-6所示(注意我已经修改过该软件的通道名称了,所以4、5、6通道的名称有别)。
图10-8 驱动安装示意图
10.3.1 采样深度和采样频率
逻辑分析仪中有2个非常重要的参数,分别是采样深度和采样频率,如图10-9所示。第一个就是采样深度,第二个是采样频率,前边那个5M代表我们从开始采
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