逻辑分析仪是分析数字系统逻辑关系的仪器。逻辑分析仪是属于数据域测试仪器中的一种总线分析仪,即以总线(多线)概念为基础,同时对多条数据线上的数据流进行观察和测试的仪器,这种仪器对复杂的数字系统的测试和分析十分有效。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,最主要作用在于时序判定。由于逻辑分析仪不像示波器那样有许多电压等级,通常只显示两个电压(逻辑1和0),因此设定了参考电压后,半岛体育 半岛官网逻辑分析仪将被测信号通过比较器进行判定,高于参考电压者为High,低于参考电压者为Low,在High与 Low之间形成数字波形。
对于电子工程师而言,示波器和逻辑分析仪是必不可少的两样工具,而研究分析智能硬件也同样需要这两样工具,本篇将初步介绍逻辑分析仪的使用方式。
总线数据抓取能力和协议解析能力是衡量逻辑分析仪性能的重要指标,总线数据抓取要体现在采样率和采样深度两个参数上,通常而言采样率和采样深度越高,数据的失真性就越低,反而则越高,而协议解析能力则是指逻辑分析仪支持解析的硬件协议种类的多寡,逻辑分析仪性能越好,价格也更昂贵,高级的逻辑分析仪支持更高的存储深度以及高级触发和计算功能,在预算足够的情况下,推荐购买性能更好的设备。
触发:在测量中,逻辑分析仪必须了解何时开始采集数据,触发设置就是设置在某个特定的状态开始采集,触发包括码型触发、时钟沿触发、定时触发等等,并可结合多种触发方式设置,触发条件是采集数据是否完整的关键。
采样率:定每秒从连续信号中提取并组成离散信号的采样个数,单位赫兹(Hz)。采样频率的倒数是采样周期或者叫作采样时间,它是采样之间的时间间隔。通俗而言就是逻辑分析仪每秒钟采集多少个信号样本。
存储深度:存储深度是逻辑分析仪每个通道能够连续保存采样点的数量,也就是逻辑分析仪能够测量多长时间的波形。
本篇以一款入门级的逻辑分析仪作为演示,抓取 SPI 总线数据并解析作为演示(协议介绍参考百科中的硬件通信协议一章),一般入门级的逻辑分析仪都是通过 usb 与电脑通信传输数据,高端的如安捷伦或泰克等厂商的,会内置操作系统,功能更加丰富。
我们以一款 usb 协议解析工具作为 spi 通信的主机,从机置空,通过逻辑分析仪抓取 MOSI 上的数据,是否与发送的数据一致。
根据 spi 四线通信协议,需要将逻辑分析仪的 0 到 3 通道依次连接至主机的 CS 、CLK 、MISO 、MISI 管脚,MISO 为从机输出,也可以置空,另外需要将主机的 GND 管脚与其中一通道的接地脚相连,作为公共参考地,如果通信速率很快,则全部通道都需要与之相连。
首先打开逻辑分析仪的客户端软件,设置模式、阈值电压、使用的通道数,阈值电压一般在 1v 左右,可以根据主机的不同设置。
设置完成后,需要设置采样时间和采样率,本次演示设置采样时间为2 秒,采样率为 10M 。接下来设置触发方法,根据接线 也就是 CLK 时钟通道为时钟上升沿触发。
打开主机控制端,设置为主机模式,循环发送一些16进制的数值,然后开始抓取数据。
放大之后可以看到每个通道的详细信息,包括时钟频率、使能信号、数据帧格式等等。
添加解码协议,点击解码,然后选择 spi 协议,建议在接线后给每个通道单独命名为实际连接的管脚,便于后续查看,在 协议解析设置里,分别设置为对应的通道。半岛体育 半岛官网
如果解码数据有误,可能是采样率过低、接线不稳定、时钟相位(CPHA)、时钟极性(CPOL)等设置不正确,可以尝试修改相关参数重新采样或设置,更多逻辑分析仪的使用将会在以后的实战中一一介绍。