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文檔簡介
1、實 驗 報 告課程名稱: 電信測試儀器原理及應用 實驗項目: 邏輯分析儀 實 驗 室: 移動通信實驗室 姓 名: 李* 李* 李* 梁* 劉* 學 號: 07 08 09 10 11 專業(yè)班級: 電信 *-* 實驗時間: 2015.5.16 實驗成績評閱教師邏 輯 分 析 儀一 實驗目的1熟練LAB6000系列邏輯分析儀功能和操作。2學習測試USB信號電路方法。3學習測試74HC164 8位串入、并出移位寄存器方法。4學習測試74HC138 3-8譯碼器電路方法。5學習測試74HC574 D觸發(fā)器電路方法。6學習測試74HC02或非門電路方法。7學習測試74LS244 緩沖器電路方法。二 實驗
2、儀器1LAB6000系列邏輯分析儀一臺2USB口連接模塊一塊374HC164 8位串入、并出移位寄存器一塊474HC138 3-8譯碼器測試電路一塊574HC574 D觸發(fā)器測試電路一塊674HC02或非門測試電路一塊774LS244 緩沖器測試電路一塊8計算機(PC機)一臺三 基本原理3.1 邏輯分析儀原理及分類1邏輯分析儀簡介邏輯分析儀是分析數(shù)字系統(tǒng)邏輯關系的儀器,邏輯分析儀是屬于數(shù)據(jù)域測試儀器中的一種總線分析儀,即以總線(多線)概念為基礎,同時對多條數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)流進行觀察和測試的儀器,這種儀器對復雜的數(shù)字系統(tǒng)的測試和分析十分有效。邏輯分析儀是利用時鐘從測試設備上采集和顯示數(shù)字信號的儀器
3、,最主要作用在于時序判定。由于邏輯分析儀不像示波器那樣有許多電壓等級,通常只顯示兩個電壓(邏輯1和0),因此設定了參考電壓后,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。2邏輯分析儀的組成及原理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,由于它采用數(shù)字存儲技術,可將數(shù)據(jù)采集工作和顯示工作分開進行,也可同時進行,必要時,對存儲的數(shù)據(jù)可以反復進行顯示,以利于對問題的分析和研究。圖3-1邏輯分析儀原理框圖將被測系統(tǒng)接入邏輯分析儀,使用邏輯分析儀的探頭(邏輯分析儀的探頭是將若干個探極集中起來,其觸針細小,
4、以便于探測高密度集成電路)監(jiān)測被測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流,形成并行數(shù)據(jù)送至比較器,輸入信號在比較器中與外部設定的門限電平進行比較,大于門限電平值的信號在相應的線上輸出高電平,反之輸出低電平時對輸入波形進行整形。經比較整形后的信號送至采樣器,在時鐘脈沖控制下進行采樣。被采樣的信號按順序存儲在存儲器中。采樣信息以“先進先出”的原則組織在存儲器中,得到顯示命令后,按照先后順序逐一讀出信息,按設定的顯示方式進行被測量的顯示。3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(Logic State Analyzer,簡稱LSA)和邏輯定時分析儀(Logic Timing Analyzer)。這兩類分析儀的基
5、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。4邏輯分析儀的顯示方式邏輯分析儀將被
6、測數(shù)據(jù)信號用數(shù)字形式寫入存儲器后,可以根據(jù)需要通過控制電路將內存中的全部或部分數(shù)據(jù)穩(wěn)定的顯示在屏幕上。通常有以下幾種顯示方式。(1) 定時顯示定時顯示是以邏輯電平表示的波形圖的形式將存儲器中的內容顯示在屏幕上,顯示的是一串經過整形后類似方波的波形,高電平代表“1”,低電平代表“0”。由于顯示的波形不是實際波形,所以也稱“偽波形”。(2) 狀態(tài)表顯示狀態(tài)表顯示是以各種數(shù)值如二進制、八進制、十進制、十六進制的形式將存儲器中內容顯示在屏幕上。(3) 圖解顯示圖解顯示是將屏幕的X方向作為時間軸,將Y方向作為數(shù)據(jù)軸進行顯示的一種方式。將欲顯示的數(shù)字量通過D/A變換器轉變成模擬量,將此模擬量按照存儲器中取
7、出的數(shù)字量的先后順序顯示在屏幕上形成一個圖像的點陣。3.2 LAB6000系列邏輯分析儀1LAB6000系列邏輯分析儀簡介LAB6000系列邏輯分析儀是一款緊湊、快速調試數(shù)字電路設計強有力的便攜式邏輯分析儀;高速的USB2.0接口、高端的FPGA、強大的ARM處理器等組成的嵌入式系統(tǒng)全方位智能控制;高速、高效、高性能,幫你輕松搞定問題。圖3-2 LAB6000系列邏輯分析儀LAB6000系列邏輯分析儀實現(xiàn)了業(yè)界領先的高帶寬、大容量的高速采集技術,采樣率從200M到500M不等,32通道每通道容量最高達16M;功能靈活強大,集邏輯分析儀、總線分析儀、協(xié)議分析儀、頻率計、邏輯筆等多種測量開發(fā)儀器之
8、大成于一身,適用于各種數(shù)字電路的開發(fā)、測量、分析和調試工作,還為方便某些特殊的用戶提供定制插件服務,是電子研發(fā)、電子測量工程師、高校師生的科研開發(fā)和教學的得力助手。2LAB6000系列的功能特點采樣率高達500MHz,且允許靈活設置,滿足最廣泛的數(shù)字信號調試需求(采樣率越高就能越準確的分析信號時序)。大存儲深度,于存儲容量高達512Mbits,且支持數(shù)據(jù)壓縮存儲(Timing、State、Timing-State),意義在于可根據(jù)被測信號的不同靈活設置,進而記錄更長時間波形。豐富的邏輯通道,集成32個邏輯通道,同時使用時,仍可達到500MHz實時采樣(市場上的部分產品采用分時采樣,導致多通道同
9、時使用時采樣率下降,難以精確分析多路高速信號)。強大的觸發(fā)功能,支持立即觸發(fā)、邊沿觸發(fā)、電平觸發(fā)、數(shù)據(jù)觸發(fā)、組合觸發(fā)、延時觸發(fā)、數(shù)據(jù)次數(shù)觸發(fā)、協(xié)議觸發(fā)、高級觸發(fā)和可視觸發(fā),精確捕獲感興趣每種邏輯信號。觸發(fā)電壓精確可調,門限電壓可精確調節(jié),調節(jié)靈敏度為0.01V(支持人工設置和自動調節(jié)),可滿足各種電平幅值數(shù)字信號的精密分析需求(高于門限電壓就被識別成高電平,否則就被判定為低電平)。強大的協(xié)議分析、解碼功能,強大的總線分析功能,輕松調試USB、CAN、SPI、CF卡等40余種總線,且協(xié)議數(shù)據(jù)可導出為CSV文件,方便第三方軟件分析或存檔。多種參數(shù)測量統(tǒng)計功能,通過添加標簽(帶自動吸附功能),可輕松
10、測量和統(tǒng)計任意兩點之間的時間,頻率,脈沖數(shù)量,占空比,脈寬等參數(shù),支持波形任意縮放和脈寬信息自動提示功能。波形搜索功能,強大的數(shù)據(jù)搜索功能,幫您快速定位出感興趣數(shù)據(jù)的位置所在。四 實驗過程及結果4.1 USB口連接模塊1USB簡介自1998年由Compaq、Intel、Microsoft、NEC等公司制定USB總線以來,已經經歷了USB1.1、USB2.0、USB OTG等幾代,發(fā)展到現(xiàn)在最新的USB3.0。USB總線以其方便、快速、穩(wěn)定、即插即用等優(yōu)點,迅速受到人們的歡迎和喜愛。一直以來測量USB信號都需要專用的分析儀(如:USBAnalyst-I分析儀等),現(xiàn)在廣州致遠電子有限公
11、司在LAB6000系列高性能邏輯分析儀上增加了USB 分析插件,可以直接使用LAB6000系列高性能邏輯分析儀來進行USB 協(xié)議FS和LS的數(shù)據(jù)分析。圖4-1 USB接口和測試鏈接方式2測試結果圖4-2 USB口測試結果4.2 74HC164 8位串入、并出移位寄存器174HC164電路板測試電路板上的CH2CH11分別連接的是74HC164的CP(CLK)、DSB(DATA)、Q0、Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6、Q7。用儀器探頭測量這幾路信號,為了顯示出完整的信號周期,建議采樣頻率為1MHz。圖4-3 74HC164及電路板2測試結果圖4-4 74HC164電路測試
12、結果4.3 74HC138 3-8譯碼器電路174HC138測試電路用儀器探頭同時測量輸入端口A0、A1、A2,譯碼輸出端口Y0、Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6、Y7,使用默認采樣頻率即可。圖4-5 74HC138電路2測試結果圖4-6 74HC138電路測試結果4.4 74HC574 D觸發(fā)器電路174HC574電路這里僅使用8路D觸發(fā)器中的一路(D0和Q0),用儀器探頭同時測量輸入端口OE(片選)、CP(觸發(fā)信號)、D0(數(shù)據(jù)),輸出端口Q0,使用默認采樣頻率即可。圖4-7 74HC574電路2測試結果圖4-8 74HC574電路測試結果4.5 74HC02或非門電路174HC02電路
13、這里僅使用4路或非門中的一路(1A、1B和1Y),用儀器探頭同時測量輸入端口1A、1B,輸出端口1Y,使用默認采樣頻率即可.圖4-9 74HC02電路2測試結果圖4-10 74HC02電路測試結果4.6 74LS244 緩沖器電路174LS244電路這里僅使用8路緩沖器中的一路(1A1和1Y1),用儀器探頭同時測量輸入端口1G(片選)、1A1(數(shù)據(jù)),輸出端口1Y1,使用默認采樣頻率即可。圖4-11 74LS244電路2測試電路圖4-12 74LS244電路測試結果五 實驗結果分析1USB口連接模塊通用串行總線(英語:Universal Serial Bus,縮寫:USB)是連接計算機系統(tǒng)與外
14、部設備的一種串口總線標準,也是一種輸入輸出接口的技術規(guī)范,被廣泛地應用于個人電腦和移動設備等信息通訊產品,并擴展至攝影器材、數(shù)字電視(機頂盒)、游戲機等其它相關領域。實驗中利用LAB6000系列邏輯分析儀測試USB2.0的邏輯,從計算機輸出的波形圖可以看出USB在同步信號時,D+和D-分別傳送相反的邏輯,USB在積分信號時,D+和D-分別傳送相反的邏輯。274HC164 8位串入、并出移位寄存器利用LAB600系列邏輯分析儀分析74HC164 8位串入、并出移位寄存器的邏輯,時鐘每次由低變高時,數(shù)據(jù)右移一位,輸入到第0位, 第0位是兩個數(shù)據(jù)輸入端的邏輯與,它將上升時鐘沿之前保持一個建立時間的長
15、度。主復位輸入端上的一個低電平將使其它所有輸入端都無效,同時非同步地清除寄存器,強制所有的輸出為低電平。沒有復位信號時,數(shù)據(jù)從串口輸入,每到來一個時鐘脈沖,數(shù)據(jù)右移一位,8個時鐘脈沖后,8位數(shù)據(jù)從輸出口輸出。374HC138 3-8譯碼器電路74HC138譯碼器可接受3位二進制數(shù)據(jù)輸入,并當使能時,提供8個的低有效輸出。74HC138輸入端輸入3位高低電平,74HC138把3位高低電平譯碼,變成8位相對應的高低電平,通過輸出端輸出。474HC574 D觸發(fā)器電路當時鐘CP為零時候,輸出始終為1,當時鐘CP=1時候輸出和輸入一樣(和D一樣),也就是保持單端輸入的狀態(tài)。574HC02或非門電路74
16、HC02或非門邏輯測試,輸入端輸入0或1,先作一次或者多次“或”運算后再做一次“非”運算,有1出0,全0出1。674LS244 緩沖器電路74LS244為3態(tài)8位緩沖器,一般用作總線驅動器。地址鎖存器就是一個暫存器,它根據(jù)控制信號的狀態(tài),將總線上地址代碼暫存起來。測試74LS244控制端為1時沒有輸出,當控制端位0時,輸入數(shù)據(jù)經過一個時鐘脈沖鎖存后,經過一個時鐘脈沖從輸出端輸出,實現(xiàn)緩沖電路功能。六 實驗體會通過這次實訓,我們進一步了解了邏輯分析儀的工作原理和應用范圍,我們還學習了LabVIEW這個軟件的使用,也對數(shù)電的相關知識進行了復習。剛開始我們并不熟悉或者說不認識邏輯分析儀是什么,后來通
17、過上網找資,以及學長老師對我們進行的講解,才了解認識邏輯分析儀的作用用途和優(yōu)缺點。邏輯分析儀是一種類似于示波器的波形測試設備,它可以監(jiān)測硬件電路工作時的邏輯電平(高或低),并加以存儲,用圖形的方式直觀的表達出來,便于用戶檢測,分析電路設計(硬件設計和軟件設計)中的錯誤,邏輯分析儀是設計中的不可缺少的設備,通過它可以迅速地定位錯誤,解決問題,達到事半功倍的效果。邏輯分析儀是利用時鐘從測試設備上采集和顯示數(shù)字信號的儀器,它通常只顯示兩個電平(邏輯0和1),因此設定參考電壓后,邏輯分析儀將被測信號通過比較器進行判定,高于參考電壓者為高,否則為低,在高低之間形成數(shù)字波形。在實驗過程中,需要對相關儀器設備進行熟悉并操作,從中我們也學到不少知識。我們組在試驗中需要在實驗臺上搭線和觀察波形,在這個過程我們逐漸熟悉了實驗平臺和軟件的相關性能,負責我們組的學長特對我們進行了不少的拓展,我們學習到了不少課本之外的與實際聯(lián)
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