如何使用逻辑分析仪

逻辑分析仪可以帮助您可视化数据线之间的数据传输。它通过将随时间推移记录的电压转换为一系列二进制数据（1 和 0）来实现这一点。乍一看，逻辑分析仪使用起来可能令人生畏，但本指南可以为您提供帮助。我们将定义几个关键术语，并举例说明您在每一步必须做出的决策，以帮助您分析系统。

在本教程的其余部分，我们将介绍使用逻辑分析器捕获和分析数据通常采取的五个主要步骤：

1. 1.

   将探头连接到被测系统

• 2.

  设置采样模式

• 3.

  配置触发条件

• 4.

  采集信号数据

• 5.

  显示和分析波形

术语

一些定义可能会对逻辑分析仪的旅程有所帮助：

通道：被测系统上的单条信号线。逻辑分析仪能够同时监控 4 到 100 多个通道。

阈值：由逻辑分析仪或用户设置的电压电平。探头检测到的低于阈值的电压被分配一个逻辑“0”，高于阈值的电压被分配一个逻辑“1”。

样本：逻辑分析仪在特定时刻捕获的单个数据点。逻辑分析仪同时将所有探头上检测到的电压与阈值进行比较，将其转换为逻辑1和0，并将该数据存储在存储器中。

采样率：逻辑分析仪在给定时间段内记录样本的速度。逻辑分析仪的最大采样率通常以兆赫兹 （MHz） 或每秒兆采样 （Msps） 为单位;在这两种情况下，单个单元（1MHz或1Msps）相当于每秒记录<>万个连续样本。

内存深度：可用于存储样本的内存量。大多数逻辑分析仪的最大存储深度通常表示为每个通道可以存储的样本数量。

触发：导致逻辑分析仪开始采样和记录数据的必要条件。例如，特定通道上的上升或下降电压或跨多个通道的特定模式 1 和 0 可用作触发器。

典型控件

逻辑分析仪通常具有一组按钮和旋钮，允许您配置捕获参数或在显示屏上导航，如下图所示。基于 PC 的逻辑分析仪通常通过位于计算机上软件用户界面中的虚拟“旋钮”进行控制。

岩津SL-4121逻辑分析仪的典型控制布局

大多数逻辑分析仪都可以通过一组屏幕菜单设置采样模式、采样速率和触发器。可以使用数字键盘（通常使用十六进制 （0-9， a-f） 输入或全键盘）设置或搜索触发器和模式。

您可以告诉逻辑分析仪使用其中一个“执行”按钮开始记录数据。在上图中，“重复”按钮将告诉分析仪继续捕获，而“单个”按钮将仅捕获数据，直到内存已满。您可以使用“停止”按钮停止捕获。

捕获数据后，您可以浏览数据并搜索模式。箭头键或光标旋钮可让您滚动浏览数据或放大某些部分。

探头设置

大多数逻辑分析仪都配有一个特殊的线束，其中包含许多探头，也称为“飞线探头”。首先，将线束连接到逻辑分析仪。

接下来，确保您要测试的系统或设备已关闭电源！我们不想用探头意外地将电路中的某些东西短路。找到“接地”或“公共”探头并将其连接到地面或系统中的通用探头。采样信号线时，接地将用作参考电压。

请注意，对于某些逻辑分析仪，您只需要为整个线束连接一个接地探头。对于其他分析仪，您需要为每个信号探头连接一个接地探头。请参阅逻辑分析仪的用户手册，了解其接地要求。

最后，在电路中找到要监视的信号线。这些可以是GPIO线路或通信总线，例如UART，SPI或I2C。在每条信号线上安装一个探头。逻辑分析仪将测量每条线路上的基准电压和信号电压之间的差异。

连接逻辑分析仪探头以捕获 I2C 数据的示例

大多数逻辑分析仪都有夹式探头，您可以将其连接到针座、电镀通孔 （PTH） 部件，甚至一些较大的表面贴装器件 （SMD）。如果您使用的是没有裸露引线的小型 SMD 部件，则可以将细线焊接到裸露的印刷电路板 （PCB） 走线上，以便访问信号。

夹式探头通过焊线连接到 SMD 部件

夹式探头直接连接到 SMD 部件

一些高密度或高速系统可能需要专用连接器来减少损耗和辐射噪声。测试PCB可以使用这些连接器制成，这些连接器与逻辑分析仪的线束连接器配接。在开发过程中，这种技术可以节省将数十个探头连接到电路的时间。

采样模式

大多数逻辑分析仪有两种捕获和显示数据的方法：定时模式和状态模式。定时模式可用于将数据视为随时间变化的波形，而状态模式允许您将数据可视化为与时钟同步的列表。状态模式有助于以与传输总线上的接收器相同的方式查看数据。

在定时模式（也称为“异步模式”）中，根据逻辑分析仪的内部时钟以精确的间隔捕获数据。采样率通常可以由用户设置。例如，如果将采样率设置为 1 kHz，逻辑分析仪每秒将捕获数据 1000 次（换句话说，每毫秒对探测线进行一次采样）。

在下图中，我们可以看到单个逻辑分析仪通道如何以精确的间隔对正弦波进行采样。将每个样本的电压与阈值进行比较。从捕获的1和0重建数字信号，向用户显示波形。

定时模式下对正弦波进行采样的示例

状态模式，也称为“同步模式”，要求将其中一个通道定义为时钟。其他数据线上的信号在时钟信号的边缘进行采样。如果传输总线依赖于时钟线，这可能是以接收器看到数据的方式可视化数据的有用方法。

在下面的示例中，我们有两个 D 触发器。每个都有一条“数据输入”线（标记为 D0 或 D1）、一条“数据输出”线（标记为 Q0 或 Q1）和一条时钟线（clk）。在时钟信号的每个上升沿，“数据输入”引脚的逻辑电平被锁存并复制到“数据输出”引脚上。

如果我们将 2 个逻辑分析仪探头连接到“数据输入”引脚 （D0-D1），将第三个探头连接到 clk 线，我们可以使用状态模式查看数据在输出端 （Q0-Q1） 处的外观。请注意，状态模式数据通常以列表格式显示。如果我们无法探测输出（例如，它们在IC内部），这种方法可以帮助我们了解系统内部可能发生的情况。

在状态模式下对 D 触发器的输入进行采样的示例

配置触发器

在开始采样之前，您需要配置触发条件。有几个选项值得考虑来帮助您捕获所需的数据。

无触发：无触发时，只要您按下“开始”或“运行”按钮，逻辑分析仪就会开始采样和记录数据。

边沿触发：您可以将逻辑分析仪设置为监视单个通道上的上升沿或下降沿，这将开始记录过程。

码型触发：如果要捕获多个通道，则可以将逻辑分析器设置为在多个通道上看到 1 和 0 的模式时启动捕获过程。如果要在并行总线上查找帧开始传输，则码型触发器可能很有用。

复杂触发器：一些高级逻辑分析器将允许您设置一系列 if-then-else 语句来创建触发器。例如，这些类型的触发器有助于查找到总线上特定地址的传输。

大多数逻辑分析仪允许您配置触发，方法是使用屏幕菜单选择通道并从多个选项中进行选择，包括上升沿、下降沿、脉冲宽度等。可以通过选择多个通道并设置通道状态选项（如逻辑高电平或逻辑低电平）来设置码型触发。

获得

对于大多数逻辑分析仪，只需按下名为“开始”或“运行”的按钮。如果未设置触发器，分析器将开始采样和存储数据，直到内存已满。

另一方面，如果配置了触发器，分析器将开始捕获数据，但旧样本将被丢弃，以便为新样本腾出空间。当满足触发条件时，逻辑分析仪将继续捕获数据，直到其内存已满。一些逻辑分析仪在触发点之前保留并显示部分数据。触发器之前显示的信息称为“负时间”。

逻辑分析仪在触发点之前显示数据的示例

一些分析仪具有“重复”或“连续”捕获模式，可以连续实时捕获和显示数据而不会停止。此模式有助于查找您可能还不知道存在的信号。

显示和分析

大多数逻辑分析仪将数据显示为波形，在 x 轴上显示时间，在 y 轴上显示逻辑状态（1 或 0）。这种类型的显示对于查看时域中多个信号之间的相关性非常有用。

逻辑分析仪如何显示多个信号

一些逻辑分析仪具有解码各种通信协议的能力，例如UART，SPI，I2C等。解码器可能会将数据显示为波形，但也会将数据显示为十进制、十六进制、ASCII 等。解码协议对于解决通信总线上的问题非常有帮助。

解码 UART 传输的 Tx 行上的 ASCII 字符“a”的示例

高级逻辑分析仪甚至可以配备能够分析机器语言并将其转换为汇编代码的解码器。这种类型的分析需要每种类型的处理器或指令集独有的软件。

为了更详细地查看捕获的数据，大多数逻辑分析仪都允许您使用按钮或旋钮进行滚动或缩放。许多分析器还允许您通过输入数字或 ASCII 字符来搜索模式。设置解码器通常涉及从分析器菜单中的可用列表中进行选择。

逻辑分析仪是分析数字系统的强大工具，了解不同的模式和触发器可以帮助您以正确的方式捕获数据。