逻辑分析仪PPT课件

1、一、数据域分析的基本概念 研究以离散时间或事件为自变量的数据流 在数据域分析中，往往关心的是各信号是高电平还是低电平及各信号之间的配合在整体上表示的意义。而不关心每条信号线上电压的确切数值。 在数据域分析中讨论的不再是电压，也往往不是一个信号的电平，而是涉及设备结构的数据格式的状态空间(多个逻辑值的组合)。第1页/共74页二、数字系统的特点 （一）数字信号通常是按时序传递的第2页/共74页流水线技术第3页/共74页（二）信号几乎是多位传输的 信号常在总线中传输。8/16/32/64位 多通道传输 典型的数据域测试仪器可同时观测500多个通道的数据第4页/共74页（三）数字系统的其他特点 信息的

2、传递方式是多样的（并、串行传输等） 数字信号的速度变化范围很宽（CPU和外设） 信号往往是单次的或是非周期的（存储） 数字系统故障判别与模拟系统不同 1）模拟系统的故障往往是电路中节点电位不正常 或在相同激励下节点的波形也与正常情况不同 2）数字系统故障主要表现在信号间的逻辑关系是否满足第5页/共74页1 组合逻辑常用算法 (1) 组合逻辑常用算法 (2) 时序逻辑 常用算法2 基于功能或性能的测试3 用比较法进行测试 （1）用确定输入矢量比较 （2）用随机或伪随机信号比较 （3）通过实际运行比较三、数据测试方法第6页/共74页2021-11-187四四.数据域测试仪器数据域测试仪器 1)逻辑

3、笔逻辑笔 逻辑笔算不上仪器，但却是数字域检测中方便实用的工具。它逻辑笔算不上仪器，但却是数字域检测中方便实用的工具。它像一支电工用的试电笔，能方便地探测数字电路中各点的逻辑像一支电工用的试电笔，能方便地探测数字电路中各点的逻辑状态，例如，笔上红色指示灯亮为高电平，绿灯亮为低电平，状态，例如，笔上红色指示灯亮为高电平，绿灯亮为低电平，红灯绿灯轮流闪烁表示该点是时钟信号。红灯绿灯轮流闪烁表示该点是时钟信号。 2)数字信号源数字信号源数字信号源又称为数字信号发生器，是数据域测试中的一种重数字信号源又称为数字信号发生器，是数据域测试中的一种重要仪器，它要仪器，它可产生图形宽度可编程的并行和串行数据图形

4、，也可产生图形宽度可编程的并行和串行数据图形，也可产生输出电平和数据速率可编程的任意波形，以及一个可由可产生输出电平和数据速率可编程的任意波形，以及一个可由选通信号和时种信号来控制的预先规定的数据流。选通信号和时种信号来控制的预先规定的数据流。 数字信号源是为数字系统的数字信号源是为数字系统的功能测试和参数测试提供输入激励功能测试和参数测试提供输入激励信号信号。功能测试是测出。功能测试是测出 被测器件在规定电平和正确定时激励下被测器件在规定电平和正确定时激励下的输出，就可以知道被测系统的功能是否正常；参的输出，就可以知道被测系统的功能是否正常；参 数测试可用数测试可用来测试诸如电平值、脉冲的边

5、缘特性等参数是否符合设计规范。来测试诸如电平值、脉冲的边缘特性等参数是否符合设计规范。 第7页/共74页2021-11-188(1)数字信号源的组成数字信号源的组成 第8页/共74页2021-11-189(2)数据的产生数据的产生 上图为产生确定信号流的数字信号发生器框图。可以产生简单数字上图为产生确定信号流的数字信号发生器框图。可以产生简单数字信号作为专门的数字信号源。也可以在微处理器控制下，数据、发信号作为专门的数字信号源。也可以在微处理器控制下，数据、发生、时钟及时序电路和加速及驱动三个部分相互配合，产生所需的生、时钟及时序电路和加速及驱动三个部分相互配合，产生所需的所需信号流。所需信号

6、流。 数字信号发生器的核心是数据发生部分。可以用硬件和软件来产生数字信号发生器的核心是数据发生部分。可以用硬件和软件来产生确定信号流。上图中确定信号流。上图中“数据算法、控制及产生数据算法、控制及产生”表示以硬件为主。表示以硬件为主。它通过一定算法求出所需产生测试数据，并主要通过硬件产生数据。它通过一定算法求出所需产生测试数据，并主要通过硬件产生数据。以软件为主的方法是在软件控制下对以软件为主的方法是在软件控制下对RAM，EPROM，ROM的数的数据存储及调用。据存储及调用。第9页/共74页2021-11-18103)产生伪随机信号的数字信号发生器产生伪随机信号的数字信号发生器 常用带有反馈的

7、移位寄存器来产生伪随机信号。伪随机信号常用带有反馈的移位寄存器来产生伪随机信号。伪随机信号可以提供多种排列的数据，若多路伪随机信号同时加至被测可以提供多种排列的数据，若多路伪随机信号同时加至被测和正常电路的输入端，如果在很长时间下两电路输出相同，和正常电路的输入端，如果在很长时间下两电路输出相同，则基本上可认为被测电路正常。则基本上可认为被测电路正常。 移位寄存器的位数越多，伪随机信号可能的周期越长，越类似于移位寄存器的位数越多，伪随机信号可能的周期越长，越类似于真正的随机信号，检测数字电路故障的能力越强。结合课后习题真正的随机信号，检测数字电路故障的能力越强。结合课后习题8-14体会线性反馈

8、移位寄存器的工作特点。体会线性反馈移位寄存器的工作特点。第10页/共74页2021-11-18113)逻辑分析仪逻辑分析仪 本章重点讨论的内容，将独立一节进行介绍。本章重点讨论的内容，将独立一节进行介绍。 4)特征分析仪特征分析仪 为了识别一个电路或系统是否有故障，可以为了识别一个电路或系统是否有故障，可以把电路各节点的正把电路各节点的正常响应记录下来常响应记录下来，在进，在进 行故障诊断时，行故障诊断时，把实测的响应与正常把实测的响应与正常电路的响应作比较电路的响应作比较。如果。如果两者一致两者一致，则认为电路，则认为电路没有故障没有故障；如；如果各节点的响应中只要有一个节点不同，则可断定电

9、路有故障。果各节点的响应中只要有一个节点不同，则可断定电路有故障。 基于特征分析方法的数字系统故障诊断的原理基于特征分析方法的数字系统故障诊断的原理如图所示。如图所示。 第11页/共74页2021-11-1812用伪随机二进制序列发生器检测P（X）第12页/共74页2021-11-1813表8-1 特征分析仪用十六进制数非标准十六进制不易与其他字母混淆，并且即使从相反方向观察也不会读错。第13页/共74页2021-11-1814第14页/共74页2021-11-1815特征分析仪的组成第15页/共74页2021-11-1816异或：相同为0；不同为1第16页/共74页8.2 8.2 逻辑分析仪

10、 主要内容: 逻辑分析仪的特点与分类 逻辑分析仪的基本组成原理 逻辑分析仪的触发方式 逻辑分析仪的显示方式 第17页/共74页逻辑分析仪的特点与分类1. 逻辑分析仪的特点: 输入通道多输入通道多 数据捕获能力强数据捕获能力强, ,具有多种灵活的触发方式具有多种灵活的触发方式 具有较大的存储深度具有较大的存储深度, ,可以观察单次或非周期信号可以观察单次或非周期信号 显示方式丰富显示方式丰富 能够检测毛刺能够检测毛刺第18页/共74页2. 2. 逻辑分析仪的分类: : 按工作特点分类: (1) 逻辑状态分析仪(同步采样) (2) 定时逻辑分析仪（异步采样） 按结构特点分类: (1) 台式逻辑分析

11、仪 (2) 便携式逻辑分析仪 (3) 外接式逻辑分析仪 (4) 卡式逻辑分析仪第19页/共74页台式逻辑分析仪TLA 612第20页/共74页2021-11-1821HP1682AHP1682A逻辑分析仪逻辑分析仪第21页/共74页便携式逻辑分析仪第22页/共74页卡式逻辑分析仪第23页/共74页外接式逻辑分析仪Agilent E9340A第24页/共74页逻辑分析仪的组成 逻辑分析仪的组成结构如图所示，它主要包括数据捕获和数据显示两大部分。信号信号输入输入信号信号外时钟外时钟采样采样数据数据存储存储时钟时钟选择选择内时钟内时钟触发触发产生产生显示显示控制控制CRT数据捕获数据捕获数据显示数据

12、显示逻辑分析仪原理结构逻辑分析仪原理结构门限电平设定门限电平设定符合条件的触发字引起触发如：TTL电平第25页/共74页逻辑分析仪的触发 数据流：逻辑分析仪对被测信号连续采样获得的一系列数据。通道通道1通道通道8100.1100.1000.1000.0采样时钟采样时钟000.0000.0100.0100.1100.0100.0采样数据采样数据数据流数据流第26页/共74页 触发的含义：由一个事件来控制数据获取，即选择观察窗口的位置。 跟踪：采集并显示数据的一次过程称为一次跟踪 触发字触发字 数据流数据流数据窗口数据窗口跟踪开始跟踪开始观察窗口宽度：观察窗口宽度：逻辑分析仪存储深度逻辑分析仪存储

13、深度第27页/共74页1 1 组合触发 组合触发：多通道信号的组合作为触发条件，即数据字触发。 每个通道的触发条件可为： “ 1 ” “ 0 ” “ x ”如：8个通道的组合触发条件设为：“011010X1” 则：该8个通道中出现数据： 01101001 或01101011 时均触发第28页/共74页基本的 触发跟踪方式： 始端触发（触发起始跟踪） 触发字触发字 数据流数据流数据窗口数据窗口跟踪开始跟踪开始 触发起始跟踪触发起始跟踪触发字触发字 数据流数据流数据窗口数据窗口跟踪结束跟踪结束 触发终止跟踪触发终止跟踪第29页/共74页2 2 延迟触发 在数据流中搜索到触发字时，并不立即跟踪，而是

14、延迟一定数量的数据后才开始或停止存储数据，它可以改变触发字与数据窗口的相对位置。 触发字触发字 数据流数据流数据窗口数据窗口跟踪开始跟踪开始延迟数延迟数跟踪结束跟踪结束 数据流数据流数据窗口数据窗口触发字触发字延迟数延迟数(a) (a) 触发开始跟踪加延迟触发开始跟踪加延迟(b) (b) 触发终止跟踪加延迟触发终止跟踪加延迟第30页/共74页3 3 触发识别 多个触发字的序列作为触发条件，当数据流中按顺序出现各个触发字时才触发。（补充）导引条件导引条件使能使能第二级触发第二级触发第二级触发第二级触发字无效字无效第二级触发第二级触发字有效字有效第一级触发第一级触发B(B(导引条件导引条件) )子

15、程序子程序C(C(触发条件触发条件) )主程序主程序两级序列触发工作原理两级序列触发工作原理第31页/共74页4 4手动触发（随机触发） 无条件的人工强制触发，因此观察窗口在数据流中的位置是随机的。 与门与门限定条件限定条件触发触发识别识别数据流数据流触发信号触发信号限定条件触发产生原理限定条件触发产生原理第32页/共74页2021-11-1833逻辑分析仪的数据获取和存储逻辑分析仪的数据获取和存储 1.输入探头输入探头 若高于阈值则输出为逻辑若高于阈值则输出为逻辑“1”，反之则为逻辑，反之则为逻辑“0”。为检测不。为检测不同逻辑电平的数字系统（如同逻辑电平的数字系统（如TTL、CMOS、EC

16、L等），门限电等），门限电平可以调节，一般是平可以调节，一般是-10+10V。 探 头 相探 头 相片片 逻辑分析仪的数据采集第33页/共74页2021-11-18342.数据捕获数据捕获 从数据探头得到的信号，经电平转换延迟变为从数据探头得到的信号，经电平转换延迟变为TTL电平之后，电平之后，在采样时钟的作用下，经采样电路存入高速存储器。在采样时钟的作用下，经采样电路存入高速存储器。 这种将被测信号进行采样并存入存储器的过程就称为数据的捕这种将被测信号进行采样并存入存储器的过程就称为数据的捕获。在逻辑分析仪中，数据捕获的方式通常有以下两种：获。在逻辑分析仪中，数据捕获的方式通常有以下两种：

17、第34页/共74页2021-11-18351)采样方式采样方式 由于采样时钟是对电平判别的输出信号进行采样，它只能反映由于采样时钟是对电平判别的输出信号进行采样，它只能反映高低电平，无法反映原输入信号的幅度。高低电平，无法反映原输入信号的幅度。输入波形与判别电平相交的时刻并不严格等于存储显示信号输入波形与判别电平相交的时刻并不严格等于存储显示信号电平跳变的时刻。因此把显示器显示的波形称为伪波形。由数字电平跳变的时刻。因此把显示器显示的波形称为伪波形。由数字逻辑电路知识可知，用逻辑电路知识可知，用D触发器则可完成这个采样过程。触发器则可完成这个采样过程。 CPCPQ Q端端D D端端D D触触发

18、器发器Q Q端端D D端端CPCP第35页/共74页2021-11-1836 3) 3) 同步采样和异步采样同步采样和异步采样 同步采样同步采样-采用被测系统时钟脉冲作采样脉冲的采样方式；采用被测系统时钟脉冲作采样脉冲的采样方式； 异步采样异步采样-使用逻辑分析仪内部产生的时钟对被测系统的输使用逻辑分析仪内部产生的时钟对被测系统的输入数据进行采样的方式。入数据进行采样的方式。 第36页/共74页2021-11-1837同步采样 同步采样能保证逻辑分析仪按被测系统的节拍工作，获取一系列有意义的状态。这种逻辑分析仪叫逻辑状态分析仪。 可以对采样的外时钟加一定的限定条件。第37页/共74页2021-

19、11-1838由于逻辑分析仪由于逻辑分析仪内部时钟频率一般较被测系统高得多内部时钟频率一般较被测系统高得多，这样使，这样使单位时间内得的信息量增多，提高了分辨力，从而显示的数据单位时间内得的信息量增多，提高了分辨力，从而显示的数据更精确。异步采样可以检测出波形中的更精确。异步采样可以检测出波形中的“毛刺毛刺”干扰，并将它存干扰，并将它存储到存储器中记录下来。储到存储器中记录下来。 异步采样第38页/共74页2021-11-1839异步采样的时钟选择1.采用异步采样的逻辑分析仪称定时逻辑分析仪2.异步时钟选择应适宜。时钟过大将会造成失真；时钟过小又会使内存很快溢出。一般应选择被测信号频率的5-1

20、0倍。第39页/共74页2021-11-18403.数据存储数据存储 始端触发的数据存储始端触发的数据存储触发识别电路从输入数据中寻找触发字，当满足条件时就产生触发触发识别电路从输入数据中寻找触发字，当满足条件时就产生触发信号。经过数字延迟后（不采用延迟触发，可视为延迟量等于零），信号。经过数字延迟后（不采用延迟触发，可视为延迟量等于零），一方面使终止触发器对写时钟发出：一方面使终止触发器对写时钟发出：“允许允许”信号，使得数据开始信号，使得数据开始写入写入RAM；另一方面在触发的瞬间，开始触发器命令存储计数器开；另一方面在触发的瞬间，开始触发器命令存储计数器开始计数。当计数值等于存储器容量始

21、计数。当计数值等于存储器容量n时，向终止触发器发出信号，时，向终止触发器发出信号，并由后者给写时钟控制发出并由后者给写时钟控制发出“禁止禁止”信号，即关掉时钟。信号，即关掉时钟。第40页/共74页2021-11-18413.数据存储数据存储 终端触发的数据存储（略）终端触发的数据存储（略）逻辑分析仪的存储器主要有移位寄存器和随机存储器（RAM）两种。移位寄存器每存入一个新数据，以前存储的数据就移位一次，待存满时最早存入的数据就被移出。随机存储器是按写地址计数器规定的地址向RAM中写入数据。每当写时钟到来时，计数值加1，并循环计数。因而在存储器存满以后，新的数据将覆盖旧的数据。可见这两种存储器都

22、是以先入先出的方式存储的。 第41页/共74页逻辑分析仪的显示逻辑分析仪最基本的显示方式是状态表显示和定时图显示，分别用来显示同步和异步采集的数据第42页/共74页1 1状态表显示 地址（HEX） 数据（HEX）操作码操作数2000200320052006.21422006049723.LDLDSUBINC.HL，2042B，04AHL. 将数据流按照被测CPU指令系统反汇编后显示。第43页/共74页 图解显示 将屏幕X，Y方向分别作为时间轴和数据轴进行显示的一种方式。它将要显示的数据通过D/A转换器变为模拟量，按照存储器中取出数据的先后顺序将转换所得的模拟量显示在屏幕上，形成一个图像的点阵。

23、（A） BCD数据序列的图解显示0510（B） 程序执行的图解显示2000H20FFH主程序子程序循环程序图解显示第44页/共74页 数据列表显示 将每个通道采集到的值组合成数据，按采样顺序显示。第45页/共74页逻辑分析仪的显示方式 每个通道的信号用一个伪方波显示，多个通道同时显示。第46页/共74页 逻辑状态分析仪常用来分析计算机软件。逻辑分析仪的应用逻辑分析仪的应用逻辑状态分析仪是跟踪、调试程序，处理各种原因引起的软件故障的有力工具。同时，在仿制或剖析某些微计算机或微机化产品时，如果缺乏技术资料，亦可用逻辑状态分析仪显示它们的软件运行过程。第47页/共74页一、逻辑状态分析仪的基本使用

24、（一）逻辑状态分析仪的应用特点1.逻辑状态分析仪的时钟选择 在所选时钟的跳变沿上，被监视的所有信号处于有效状态2.可以对采样时钟进行限定（定时仪不行）3.触发字的选择 例如，为选择1000H以下的地址区，可将触发字设为0XXXH第48页/共74页（一）逻辑状态分析仪的应用特点4.可检测的最小脉冲宽度和最高工作频率由于1）电路中总存在一定的储能元件或分布性电抗，数据需要经过一定时间后才能稳定； 2）数据可能通过不同延迟的不同路径被采样。因此要求数据必须提前建立时间ts，还要保持th第49页/共74页4.可检测的最小脉冲宽度和最高工作频率 采用逻辑分析仪内部延时电路可以使信号延迟一定时间，这样可以

25、使被测信号满足采样要求的保持时间。hsttf1max分析仪工作最高频率：第50页/共74页（二）逻辑状态分析仪应用举例 分析Z80程序段（工作原理及程序解释）：13第51页/共74页Z80取指周期时序第52页/共74页Z80存储器读周期时序第53页/共74页Z80取指周期和存储器读时序 从图可以看到，并不是每个时钟周期数据和地址线上的数据都是有效的。 在取指周期CPU是在T3的上升沿取数；在存储器读周期CPU是在T3的下降沿取数。（用Z80的时钟做逻辑分析仪的外时钟合不合适？） 两个周期中取数据， 总是有效（低电平）。因此可以作为逻辑分析仪的的时钟。RD第54页/共74页逻辑分析仪工作状态的选

26、择和清单填写工作状态和工作参数可以选择如下：24位输入的状态分析仪；时钟沿选择+（上升沿）；始端触发；延迟为0；数据分为两组，均采用十六进制；采用正逻辑工作；触发字选程序首地址，即选择2000 XX（十六进制）暂时不用时钟限定；跟踪全部有效时钟的采样工作状态，而不是只跟踪触发字事件。第55页/共74页第56页/共74页第57页/共74页跟踪结果第58页/共74页跟踪结果的解释 在跟踪结果中的13、14行出现了程序表未曾见到的地址，即出现了2FB6 0B和2FB7 20.这两行是在子程序返回后出现的。 在遇到从子程序返回主程序时，首先要由堆栈区找到返回地址。所以2FB6和2FB7就是栈区地址，由这两个地址弹出的20 0B正是返回主程序的地址。第59页/共74页3E00D3883E01D38CCD3020C306202000PC2002PC2004PC2006PC2008PC200BPC07C90B2020302031.2FB62FB7LD A，00LOOP：OUT （8CH），ALD A，01HCALL SUBJP LOOP.RLCARETOUT (8CH) ，A栈区PCPC200B压栈出栈第60页/共74页已过期专利仿制（分析程序代码）课后习题A15A0D7D0CPU被测EPROMD7D0输入地址输