什么是邏輯分析儀？邏輯分析儀的參數(shù)、使用步驟和優(yōu)勢

什么是邏輯分析儀？邏輯分析儀的參數(shù)、使用步驟和優(yōu)勢由于電路的進展是從模擬進展到數(shù)字這樣的過程，因此測量工具的進展也遵循了這個挨次?，F(xiàn)在提到測量，首先我們想到的是示波器，尤其是一些老工程師，他們對示波器的認(rèn)知度特別高。而規(guī)律分析儀是一種新型測量工具，是隨著單片機技術(shù)進展而進展起來的，特別適合單片機這類數(shù)字系統(tǒng)的測量分析，而通信方面的分析中，比示波器要更加便利和強大。

一個待測信號使用10MHZ采樣率的規(guī)律分析儀去采集的話，假如閾值電壓是1.5V，那么在測量的時候，規(guī)律分析儀就會每100ns采集一個樣點，并且超過1.5V認(rèn)為是高電平(規(guī)律1)，低于1.5V認(rèn)為是低電平(規(guī)律0)。而后呢，規(guī)律分析儀會用描點法將波形連起來，工程師就可以在這個連續(xù)的波形中查看到規(guī)律分析儀還原的待測信號，從而查找特別之處。

規(guī)律分析儀和示波器都是還原信號的，示波器前端有ADC，再加上還原算法，可以實現(xiàn)模擬信號的還原。而規(guī)律分析儀只針對數(shù)字信號，不需要ADC，不需要特別算法，就用最簡潔的連點就可以了。此外，示波器往往是臺式的，波形顯示在示波器本身的顯示屏上，而規(guī)律分析儀當(dāng)前大多數(shù)是和PC端的上位機軟件結(jié)合的，在電腦上直接顯示波形。如圖1所示，是一款規(guī)律分析儀的實物圖，采樣率為500M，16個通道，采樣深度硬件深度為32M，經(jīng)過壓縮算法，最多可以實現(xiàn)每通道5G的存儲深度，圖2是規(guī)律分析儀的上位機軟件。

圖1規(guī)律分析儀實物圖

圖2規(guī)律分析儀上位機軟件

1、規(guī)律分析儀的參數(shù)規(guī)律分析儀有三個重要參數(shù)：閾值電壓、采樣率和采樣深度。

閾值電壓：區(qū)分凹凸電平的間隔。規(guī)律分析儀和單片機都是數(shù)字電路，它在讀取外部信號的時候，多高電壓識別成高電平，多高電壓識別成低電平是有肯定限制的。比如一款規(guī)律分析儀，閾值電壓是：0.7~1.4V，那么當(dāng)它采集外部的數(shù)字電路信號的時候，高于1.4V識別為高電平，低于0.7V識別為低電平。

采樣率：每秒鐘采集信號的次數(shù)。比如一個規(guī)律分析儀的最大采樣率是100M，那么也就是說他一秒鐘可以采集100M個樣點，即每10ns采集一個樣點，并且高于閾值電壓的認(rèn)定為高電平，低于閾值電壓的認(rèn)定為低電平。我們前邊學(xué)UART通信的時候?qū)W過每一位都會讀取16次，而規(guī)律分析儀的原理也是類似的，就是在超頻讀取。你信號是1M的頻率，我用100M的采樣率去采集，那么一個信號周期我就可以采集100次，最終用我們學(xué)校學(xué)過的描點法把采集到的樣點連起來，就會還原出信號，當(dāng)然100倍采樣率的脈寬誤差也許是百分之一。依據(jù)奈奎斯特定律來說，采樣率必需是信號頻率的2倍以上才能還原出信號，由于規(guī)律分析儀是數(shù)字系統(tǒng)，算法簡潔，所以最低也是4倍于信號的采樣率才可以，一般選擇10倍左右效果就比較好了。比如你的信號頻率是10M，那么你的規(guī)律分析儀采樣率最低也得是40M的采樣率，最好能達到100M，提高精確度。

存儲深度：我們剛才講了采樣率，那采集到的高電平或者低電平信號，我們要有一個存儲器存儲起來。比如我們用100M采樣率，那么1秒就會產(chǎn)生100M個狀態(tài)樣點。一款規(guī)律分析儀能夠存儲多少個樣點數(shù)，這是規(guī)律分析儀很重要的一個指標(biāo)。假如我們的采樣率很高，但是存儲的數(shù)據(jù)量很少，那也沒有多大意義，規(guī)律分析儀可以保存的最大樣點數(shù)就是一款規(guī)律分析儀的存儲深度。通常狀況下，數(shù)據(jù)采集時間=存儲深度/采樣率。

此外，規(guī)律分析儀還有輸入阻抗和耐壓值等幾個簡潔參數(shù)。全部的規(guī)律分析儀的通道上，都是有等效電阻和電容的，由于測量信號的時候分析儀通道是并聯(lián)在通道上的，所以分析儀的輸入阻抗假如太小，電容過大，就會干擾到我們線上的信號。理論上來講，阻抗越大越好，電容越小越好。通常狀況下，規(guī)律分析儀的阻抗都在100K以上，電容都在10pf左右。所謂的耐壓值，就是說假如你測量超過這個電壓值的信號那么分析儀就可能被燒壞，所以測量的時候必需要留意這個問題。

2、規(guī)律分析儀的使用步驟1、硬件通道連接。首先我們要把規(guī)律分析儀的GND和待測板子的GND連到一起，以保證信號的完整性。然后把規(guī)律分析儀的通道接到待測引腳上，待測引腳可以用多種方式引出來。

2、通道數(shù)設(shè)置。一般狀況下，大多數(shù)規(guī)律分析儀有8通道、16通道、32通道等數(shù)目。而我們采集信號的時候，往往用不到那么多通道，為了我們更清楚的觀看波形，可以把用不到的通道隱蔽起來。

3、采樣率和采樣深度設(shè)置。首先要對待測信號最高頻率有個也許的評估，把采樣率設(shè)置到它的10倍以上，還要也許推斷一下我們要采集的信號的時間長短，在設(shè)置采樣深度的時候，盡量設(shè)置的有肯定的余量。采樣深度除以采樣率，得到的就是我們可以保存信號的時間。

4、觸發(fā)設(shè)置。由于規(guī)律分析儀有深度限制，不行能無限期的保存數(shù)據(jù)。當(dāng)我們使用規(guī)律分析儀的時候，假如沒有采納任何觸發(fā)設(shè)置的話，從開頭抓取就開頭計算時間，始終到存滿我們設(shè)置的存儲深度后，抓取就停止。在實際操作過程中，開頭抓取的一段信號可能是無用信號，有用信號可能就是其中一段，但是無用信號還占據(jù)了我們的存儲空間。在這種狀況下，我們就可以通過設(shè)置觸發(fā)來提高存儲深度的利用率。比如我們假如想抓取UART串口信號，而串口信號平常沒有數(shù)據(jù)的時候是高電平，因此我們可以設(shè)置一個下降沿觸發(fā)。從點擊開頭抓取，規(guī)律分析儀不會把抓到的信號保存到我們的存儲器中，而是會等待一個下降沿的產(chǎn)生，一旦產(chǎn)生了下降沿，才開頭進行真正的信號采集，并且把采集到的信號存儲到存儲器中。也就是說，從點擊開頭抓取到下降沿這段時間內(nèi)的無用信號，被我們所設(shè)置的觸發(fā)給屏蔽掉了，這是一個特別有用的功能。

5、抓取波形。規(guī)律分析儀和示波器不同，示波器是實時顯示的，而規(guī)律分析儀需要點擊開頭，開頭抓取波形，始終到存儲滿了我們所設(shè)置的存儲深度結(jié)束，然后我們可以漸漸的去分析我們抓到的信號，因此點擊“開頭抓取”這個是必需要有的。

6、設(shè)置協(xié)議解析(標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議)。假如你抓取的波形是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，比如UART、I2C、SPI這種協(xié)議，規(guī)律分析儀一般都會配有特地的解碼器，可以通過設(shè)置解碼器，不僅僅像示波器那樣把波形顯示出來，還可以直接把數(shù)據(jù)解析出來，以十六進制、二進制、ASCII碼等各種形式顯示出來。

7、數(shù)據(jù)分析。和示波器類似，規(guī)律分析儀也有各種測量標(biāo)線，可以測量脈沖寬度，測量波形的頻率，占空比等信息，通過數(shù)據(jù)分析，查找我們的波形是否符合我們的要求，從而關(guān)心我們解決問題。

3、UART、I2C、SPI舉例介紹我們使用LA5016規(guī)律分析儀抓取串口通信數(shù)據(jù)、I2C和SPI的數(shù)據(jù)界面。

首先，我把規(guī)律分析儀的GND和我們的KST-51開發(fā)板的GND接起來，任憑找一個通道，比如用通道3和板子的P3.1引腳接起來。然后讓單片機以2400的波特率、無校驗的方式發(fā)送幾個字節(jié)的數(shù)據(jù)。由于UART通信平常默認(rèn)是高電平，當(dāng)數(shù)據(jù)來的時候，會先消失一位起始位，因此我們把觸發(fā)方式設(shè)置成下降沿觸發(fā)。而后我們要設(shè)置一下采樣率和采樣深度，由于我們的信號是2400波特率的，采樣率超過1M就很準(zhǔn)了，抓幾個字節(jié)，采樣深度也要求不高，我們干脆都設(shè)置成1M，那么總的采集時間計算下來就是1秒。點擊Start按鈕，這個時候，規(guī)律分析儀還沒有開頭采集，由于它要等待一個下降沿產(chǎn)生才開頭采集信號。我們讓單片機發(fā)送串口通信數(shù)據(jù)，規(guī)律分析儀就會開頭抓取信號，抓到的信號會直接顯示在對應(yīng)軟件的界面上，如圖3所示。

圖3抓取UART信號

點擊右側(cè)Analyzers右側(cè)的加號，選UART通信協(xié)議，進入配置界面，將波特率改成2400，無校驗位，選擇通道2，點擊OK，就可以直接把數(shù)據(jù)解析出來，如圖4所示。

圖4UART數(shù)據(jù)解析

當(dāng)我們設(shè)置好串口通信選項后，點擊OK，直接就會在我們的通道上把十六進制顯示在波形上邊的懸浮圖上，假如要顯示其他進制的數(shù)字，還可以點擊UART右側(cè)的那個小圓圈，點擊顯示為其他格式，包括二進制、ASCII、十進制都可以顯示出來。此外，假如我們的數(shù)據(jù)量很大，解析出來后想要用文本形式顯示，也可以點擊那個小圓圈，點擊輸出選項，就可以把數(shù)據(jù)導(dǎo)出為txt格式，如圖5所示。

圖5數(shù)據(jù)導(dǎo)出

圖5中的Time就是這個信號發(fā)生時間，Value就是解碼值，Parity是校驗，假如數(shù)據(jù)錯誤也會在后邊提示錯誤，這個功能是不是很酷呢？

同樣的方法，我們也可以去抓取和解析I2C和SPI的信號數(shù)據(jù)。I2C和SPI都不是一條線，比如I2C一個引腳是SCL，一個引腳是SDA，我們用我們分析儀的通道3接到SCL上，通道4接到SDA上，也可以將數(shù)據(jù)抓出來并且解析出來，其中SDA懸浮的就是解析的數(shù)字，如圖6所示。

圖6I2C數(shù)據(jù)解析

而SPI是4線的，大家在使用的時候，尤其要留意配置CPOL和CPHA的值，假如這兩個值配置的不對，或者是解析不出來數(shù)據(jù)，或者是解析的數(shù)據(jù)是錯誤的數(shù)據(jù)。解析出來的波形數(shù)據(jù)分別懸浮在MOSI和MISO的通道上面，如圖7所示。

圖7SPI數(shù)據(jù)解析

4、規(guī)律分析儀測量數(shù)字電路比示波器的優(yōu)勢示波器是專業(yè)測量模擬信號的，而測量分析數(shù)字信號，規(guī)律分析儀比示波器強大很多，主要有以下幾個方面。

1、測量數(shù)字信號時，示波器通?？梢杂脕碛^看有沒有信號或者是信號的質(zhì)量如何，規(guī)律分析儀主要用來分析信號凹凸電平常序時間，以及通信的是什么數(shù)據(jù)。

2、規(guī)律分析儀通道數(shù)通常比示波器多。示波器常見有單通道、雙通道和四通道。而規(guī)律分析儀常見有8通道、16通道、32通道或者更多，測量多個信號運行狀態(tài)，尤其是并行數(shù)據(jù)，通道最夠多才能把全部的通道測量分析出來。

3、具有延遲力量，可以保存更長時間的數(shù)據(jù)。示波器是實時顯示的，實際上他只能顯示其中一小段數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)快速刷新，帶來的缺點就是存儲深度很低。而規(guī)律分析儀有較大的存儲深度，可以保存大量的數(shù)據(jù)，而后一點點進行分析。

4、具有多種敏捷的觸發(fā)功能，可以實現(xiàn)對欲獵取的數(shù)據(jù)進行選擇，對系統(tǒng)運行中的程序段進行調(diào)試。示波器通常只有上升沿、下降沿和電壓設(shè)置的觸發(fā)，而規(guī)律分析儀不僅僅有上升沿和下降沿觸發(fā)，還可以設(shè)置并行數(shù)據(jù)等更簡單的觸發(fā)。

5、具備強大的數(shù)據(jù)解析力量。對于一些簡單的協(xié)議，示波器顯示的是波形，而規(guī)律分析