第7章 数据域测量技术

1、第第7 7章章 数据域测量数据域测量 第第7章章 数据域测量数据域测量 7.1 概述概述7.2 数字电路的简易测试数字电路的简易测试7.3 逻辑分析仪逻辑分析仪第第7 7章章 数据域测量数据域测量 7.1 概述概述7.1.1 时域、频域和数据域的关系时域、频域和数据域的关系 u(t)Otu( f )Of0000000100100011010001010110011110001001No.0No.1No.2No.3No.4No.5No.6No.7No.8No.9b3b2b1b00000000100100011010001010110011110001001(a)(b)(c)状态图定时图b3b2b

2、1b0CLK0123456789第第7 7章章 数据域测量数据域测量 7.1.2 数据域测试的特点数据域测试的特点 (1) 数字信号通常是按时序传递的。数字信号通常是按时序传递的。数字系统的正常工作，要求其各个部分按照预先规定数字系统的正常工作，要求其各个部分按照预先规定的逻辑程序进行工作，各信号之间有预定的逻辑时序关系。的逻辑程序进行工作，各信号之间有预定的逻辑时序关系。测量检查各数字信号之间测量检查各数字信号之间逻辑时序关系逻辑时序关系是否符合设计是数是否符合设计是数据域分析测试的最主要任务。据域分析测试的最主要任务。(2) 数字系统中信号的传递方式多种多样。数字系统中信号的传递方式多种多

3、样。 从宏观上来讲，数字信号的传递方式分为从宏观上来讲，数字信号的传递方式分为串行和并行串行和并行两大类；两大类； 但从微观上来讲，不同的系统、系统内不同的单但从微观上来讲，不同的系统、系统内不同的单元，采用的传递方式都可能不同，即便是采用同一类传递元，采用的传递方式都可能不同，即便是采用同一类传递方式方式（串行或并行），（串行或并行），也存在着也存在着数据宽度（位数）数据宽度（位数）、数据数据格式格式、传输速率传输速率、接口电平接口电平、同步同步/异步异步等方面的不等方面的不同。同。 第第7 7章章 数据域测量数据域测量 (3) 数字信号往往是单次或非周期性的。数字信号往往是单次或非周期性的

4、。数字设备的工作是时序的，在执行一个程序时，许多信数字设备的工作是时序的，在执行一个程序时，许多信号只出现一次，或者仅在关键的时候出现一次（例如中断号只出现一次，或者仅在关键的时候出现一次（例如中断事件等）；事件等）； 某些信号可能重复出现，但并非时域上的周期某些信号可能重复出现，但并非时域上的周期信号，例如子程序例程的调用等。分析时经常需要存储、信号，例如子程序例程的调用等。分析时经常需要存储、捕获和显示某部分有用的信号，因此若利用诸如示波器一捕获和显示某部分有用的信号，因此若利用诸如示波器一类的测量仪器难以观测，也更难以发现故障。类的测量仪器难以观测，也更难以发现故障。(4) 被测信号的速

5、率变化范围很宽。被测信号的速率变化范围很宽。即使在同一数字系统内，数字信号的速率也可能相差很即使在同一数字系统内，数字信号的速率也可能相差很大，如外部总线速率达几百大，如外部总线速率达几百Mb/s、内核速率达数、内核速率达数Gb/s的中的中央处理器与其外部的低速打印机、电传机、键盘等。央处理器与其外部的低速打印机、电传机、键盘等。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 (5) 数字信号为脉冲信号。数字信号为脉冲信号。由于被测数字信号的速率可能很高，各通道信号由于被测数字信号的速率可能很高，各通道信号的前沿很陡，其频谱分量十分丰富。的前沿很陡，其频谱分量十分丰富。 因此，数据域测因此，数据域测量必

6、须能够分析测量短至量必须能够分析测量短至ps级（级（10-12 s）的信号，如脉）的信号，如脉冲信号的建立和保持时间等。冲信号的建立和保持时间等。 (6) 被测信号故障定位难。被测信号故障定位难。通常，数字信号只有通常，数字信号只有“0”、“1”两种电平，数字两种电平，数字系统的故障不只是信号波形、电平的变化，更主要的系统的故障不只是信号波形、电平的变化，更主要的在于信号之间的逻辑时序关系，电路中偶尔出现的干在于信号之间的逻辑时序关系，电路中偶尔出现的干扰或毛刺等都会引起系统故障扰或毛刺等都会引起系统故障。 第第7 7章章 数据域测量数据域测量 7.1.3 数据域分析测试的方法数据域分析测试的

7、方法数据域分析测试的目的一是确定系统中是否存在数据域分析测试的目的一是确定系统中是否存在故障，称为合格故障，称为合格/失效测试，或称失效测试，或称故障检测故障检测；二是确定；二是确定故障的位置，称为故障的位置，称为故障定位故障定位。 第第7 7章章 数据域测量数据域测量 7.2 数字电路的简易测试数字电路的简易测试7.2.1 逻辑笔逻辑笔逻辑笔主要用于判断某一端点的逻辑状态。逻辑笔主要用于判断某一端点的逻辑状态。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 表表7-1 逻辑笔测试响应逻辑笔测试响应被测点逻辑状态被测点逻辑状态逻辑笔响应逻辑笔响应稳定的逻辑稳定的逻辑“1”状态（状态（+2.4V+5V）红

8、灯稳定亮红灯稳定亮稳定的逻辑稳定的逻辑“0”状态（状态（0V+0.7V）绿灯稳定亮绿灯稳定亮在逻辑在逻辑“1”与与“0”中间状态（中间状态（+0.8V+2.3V）两灯均不亮两灯均不亮单次正脉冲单次正脉冲绿绿红红绿绿单次负脉冲单次负脉冲红红绿绿红红低频序列脉冲低频序列脉冲红绿灯交替闪烁红绿灯交替闪烁第第7 7章章 数据域测量数据域测量 逻辑笔腰部的两个插孔可以各自提供一个正、负选通脉逻辑笔腰部的两个插孔可以各自提供一个正、负选通脉冲，将其中一个插孔与被测电路的某一选通点相接，逻辑笔冲，将其中一个插孔与被测电路的某一选通点相接，逻辑笔将随着选通脉冲的加入而做出响应。下图表示在将随着选通脉冲的加入而

9、做出响应。下图表示在t0时刻提供负时刻提供负的选通脉冲时，逻辑笔响应为高电平、红灯亮的情况。的选通脉冲时，逻辑笔响应为高电平、红灯亮的情况。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 7.2.2 逻辑夹逻辑夹逻辑笔逻辑笔在同一时刻只能显示在同一时刻只能显示一个被测点一个被测点的逻辑状态，的逻辑状态，而而逻辑夹逻辑夹则可以同时显示则可以同时显示多个被测点多个被测点的逻辑状态。在逻辑的逻辑状态。在逻辑夹中，每一路信号（总共夹中，每一路信号（总共16路）都先经过一个门判电路，路）都先经过一个门判电路，门判电路的输出通过一个非门驱动一个发光二极管。当输门判电路的输出通过一个非门驱动一个发光二极管。当输入信号

10、为高电平时，发光二极管亮；入信号为高电平时，发光二极管亮； 否则，发光二极管否则，发光二极管暗。暗。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 7.3 逻辑分析仪逻辑分析仪7.3.1 逻辑分析仪的特点逻辑分析仪的特点(1) 具有足够多的输入通道，这是逻辑分析仪的重具有足够多的输入通道，这是逻辑分析仪的重要特点。要特点。 (2) 存储记忆功能。存储记忆功能。(3) 极高的定时、状态速率。极高的定时、状态速率。(4) 丰富的触发功能。丰富的触发功能。(5) 灵活而直观的显示方式。灵活而直观的显示方式。(6) 驱动时域仪器的功能。驱动时域仪器的功能。(7) 限定功能。限定功能。第第7 7章章 数据域测量数

11、据域测量 第第7 7章章 数据域测量数据域测量 7.3.2 逻辑分析仪的分类逻辑分析仪的分类根据显示方式和定时方式的不同，逻辑分析仪可分为根据显示方式和定时方式的不同，逻辑分析仪可分为逻逻辑状态分析仪辑状态分析仪和和逻辑定时分析仪逻辑定时分析仪两大类，其基本结构是相两大类，其基本结构是相同的。同的。(1) 逻辑状态分析仪逻辑状态分析仪逻辑状态分析仪以逻辑状态分析仪以“0”和和“1”、助记符助记符或或映射图映射图等来显等来显示被测系统的逻辑状态，它是用被测系统的时钟来控制记示被测系统的逻辑状态，它是用被测系统的时钟来控制记录速度的，与被测系统同步工作。这是逻辑状态分析仪的录速度的，与被测系统同步

12、工作。这是逻辑状态分析仪的主要特点。主要特点。逻辑状态分析仪能够有效地进行程序的动态调试，这对逻辑状态分析仪能够有效地进行程序的动态调试，这对中、大规模逻辑电路、以微处理器为中心的数字系统以及中、大规模逻辑电路、以微处理器为中心的数字系统以及软件测试提供了方便。软件测试提供了方便。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 (2) 逻辑定时分析仪逻辑定时分析仪 逻辑定时分析仪用时间图来显示被测信号，显示逻辑定时分析仪用时间图来显示被测信号，显示的是一连串类似方波的伪波形，这些波形是根据预先的是一连串类似方波的伪波形，这些波形是根据预先选定的选定的0和和1所代表的高低电平，经过处理后的的逻辑所代表的高

13、低电平，经过处理后的的逻辑状态关系图，而状态关系图，而X轴以所选定的时钟脉冲时间作为时轴以所选定的时钟脉冲时间作为时基。基。逻辑定时分析仪内部有时钟发生器，在内部时钟逻辑定时分析仪内部有时钟发生器，在内部时钟控制下记录数据，与被测系统控制下记录数据，与被测系统异步异步工作，这是逻辑定工作，这是逻辑定时分析仪的主要特点。时分析仪的主要特点。上述两类分析仪虽然在显示方式、功能重点上有上述两类分析仪虽然在显示方式、功能重点上有所不同，但其基本用途是一致的，即可对一个数据流所不同，但其基本用途是一致的，即可对一个数据流进行显示。进行显示。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 第第7 7章章 数据域测量

14、数据域测量 7.3.3 逻辑分析仪的基本组成逻辑分析仪的基本组成 第第7 7章章 数据域测量数据域测量 7.3.4 逻辑分析仪的工作原理逻辑分析仪的工作原理1. 数据采集数据采集(1) 同步取样同步取样如果时钟脉冲来自被测系统，则是同步取样方式，只有如果时钟脉冲来自被测系统，则是同步取样方式，只有当被测系统时钟到来时逻辑分析才储存输入数据。当被测系统时钟到来时逻辑分析才储存输入数据。(2) 异步取样异步取样如取样时钟由逻辑分析仪内部产生或由外部的脉冲发生如取样时钟由逻辑分析仪内部产生或由外部的脉冲发生器提供，与被测系统的时钟无关，这种取样方式称为异步取器提供，与被测系统的时钟无关，这种取样方式

15、称为异步取样。内部时钟频率可以比被测系统时钟频率高得多，这样使样。内部时钟频率可以比被测系统时钟频率高得多，这样使每单位时间内获取的数据更多，显示的数据更精确。每单位时间内获取的数据更多，显示的数据更精确。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 同步取样和异步取样示意图第第7 7章章 数据域测量数据域测量 2. 触发方式触发方式逻辑分析仪具有多种触发方式，可以显示触发前、后逻辑分析仪具有多种触发方式，可以显示触发前、后或以触发为中心的输入数据，其中最基本的触发方式有：或以触发为中心的输入数据，其中最基本的触发方式有： (1) 组合触发组合触发将逻辑分析仪各通道的输入信号与各通道预置的触发将逻辑分

16、析仪各通道的输入信号与各通道预置的触发字（字（0、1或或x:任意）进行比较，当全部吻合时，即产生触任意）进行比较，当全部吻合时，即产生触发信号。几乎所有的逻辑分析仪都采用这种触发产生方式，发信号。几乎所有的逻辑分析仪都采用这种触发产生方式，因此也因此也称基本触发方式。称基本触发方式。 第第7 7章章 数据域测量数据域测量 (2) 延迟触发延迟触发在延迟触发方式中专门设置了一个数字延迟电路，在延迟触发方式中专门设置了一个数字延迟电路，当捕获到触发字后，延迟一段时间再停止数据的采集、当捕获到触发字后，延迟一段时间再停止数据的采集、存储，这样在存储器中存储的数据既包括了触发点前的存储，这样在存储器中

17、存储的数据既包括了触发点前的数据，又包括了触发后数据，又包括了触发后的数据。的数据。终端触发、始端触发、延迟触发示意图终端触发、始端触发、延迟触发示意图触发时刻延迟触发终端触发始端触发数据流第第7 7章章 数据域测量数据域测量 (3) 毛刺触发毛刺触发毛刺触发是利用滤波器从输入信号中取出一定宽度毛刺触发是利用滤波器从输入信号中取出一定宽度的干扰脉冲作为触发信号，然后存储毛刺出现前后的数的干扰脉冲作为触发信号，然后存储毛刺出现前后的数据流，以利于观察和寻找由于外界干扰而引起的数字电据流，以利于观察和寻找由于外界干扰而引起的数字电路误动作的现象和原因。路误动作的现象和原因。(4) 手动触发与外触发

18、手动触发与外触发在测量时，利用人工方式可以在任何时候加以触发在测量时，利用人工方式可以在任何时候加以触发或强制显示测量数据，也可以由外部输入脉冲充当触发或强制显示测量数据，也可以由外部输入脉冲充当触发信号。信号。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 逻辑分析仪还提供了一些由多个条件组合而成的高级触发逻辑分析仪还提供了一些由多个条件组合而成的高级触发方式，如序列触发、限定触发、计数触发等。方式，如序列触发、限定触发、计数触发等。(1) 序列触发序列触发序列触发是为了检测复杂分支程序而设计的一种重要触发序列触发是为了检测复杂分支程序而设计的一种重要触发方式。它由多个触发字按预先确方式。它由多个触发

19、字按预先确定的顺序排列，只有当被测试定的顺序排列，只有当被测试的程序按触发字的先后次序出现时，才能产生一次触发。的程序按触发字的先后次序出现时，才能产生一次触发。(2) 限定触发限定触发限定触发是对设置的触发字加限定条件的触发方式。如有限定触发是对设置的触发字加限定条件的触发方式。如有时选定的触发字在数据流中出现较为频繁，为了有选择地捕捉、时选定的触发字在数据流中出现较为频繁，为了有选择地捕捉、存储和显示特定的数据流，可以附加一些约束条件。这样存储和显示特定的数据流，可以附加一些约束条件。这样，只，只要数据流中未出现这些条件，即使触发字频繁出现，也不能进要数据流中未出现这些条件，即使触发字频繁

20、出现，也不能进行有效的触发。行有效的触发。 第第7 7章章 数据域测量数据域测量 (3) 计数触发计数触发在较复杂的软件系统中常有嵌套循环，为此可用在较复杂的软件系统中常有嵌套循环，为此可用计数触发对循环进行跟踪。当触发字出现计数触发对循环进行跟踪。当触发字出现的次数达到的次数达到预置值时才产生触发。预置值时才产生触发。 第第7 7章章 数据域测量数据域测量 3. 数据存储数据存储 为了将多个测试点多个时刻的信息变化记录下来，为了将多个测试点多个时刻的信息变化记录下来，逻辑分析仪设置有一定容量的存储器，以便显示分析逻辑分析仪设置有一定容量的存储器，以便显示分析重复性的数据和单次出现的随机数据流

21、。重复性的数据和单次出现的随机数据流。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 4. 数据显示数据显示(1) 状态表显示状态表显示所谓状态表显示，就是将数据信息用所谓状态表显示，就是将数据信息用“1”、“0”组合的逻辑状态表的形式显示在屏幕上。组合的逻辑状态表的形式显示在屏幕上。(2) 定时图显示定时图显示 定时图显示好像多通道示波器显示多个波形一样，定时图显示好像多通道示波器显示多个波形一样，将存入存储器的数据流按逻辑电平及其时间关系显示将存入存储器的数据流按逻辑电平及其时间关系显示在屏幕上，即显示各通道波形的时序关系。为了再现在屏幕上，即显示各通道波形的时序关系。为了再现波形，定时图显示要求用

22、能高的时钟频率来对输入信波形，定时图显示要求用能高的时钟频率来对输入信号进行取样，但由于受时钟频率的限制，取样点不可号进行取样，但由于受时钟频率的限制，取样点不可能无限密。能无限密。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 (3) 矢量图显示矢量图显示 图中显示程序的执行情况，被监测的是微机系统图中显示程序的执行情况，被监测的是微机系统的地址总线，的地址总线，X轴是程序的执行顺序，轴是程序的执行顺序，Y轴是呈现在地轴是呈现在地址线上的地址。址线上的地址。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 (4) 映射图显示映射图显示映射图显示可以观察系统运行全貌的动态情况，映射图显示可以观察系统运行全貌的动态情

23、况，它是用一系列光点表示一个数据流。如果用逻辑分析它是用一系列光点表示一个数据流。如果用逻辑分析仪观察微机的地址总线，则每个光点是程序运行中一仪观察微机的地址总线，则每个光点是程序运行中一个地址的映射。下图表示某程序运行时的映射图。个地址的映射。下图表示某程序运行时的映射图。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 (5) 分解模块显示分解模块显示高层次的逻辑分析仪可设置多个显示模式。如将高层次的逻辑分析仪可设置多个显示模式。如将一个屏幕分成两个窗口显示，上窗口显示该处理器在一个屏幕分成两个窗口显示，上窗口显示该处理器在同一时刻的定时图；下窗口显示经反汇编后的微处理同一时刻的定时图；下窗口显示经反

24、汇编后的微处理器的汇编语言源程序。由于上、下两个窗口的图形在器的汇编语言源程序。由于上、下两个窗口的图形在时间上是相关的，因而对电路的定时和程序的执行可时间上是相关的，因而对电路的定时和程序的执行可同时进行观察，软、硬件可同时调试。同时进行观察，软、硬件可同时调试。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 9.3.5 逻辑分析仪的主要技术指标及功能逻辑分析仪的主要技术指标及功能衡量逻辑分析仪的技术指标和功能项有许多，但主要衡量逻辑分析仪的技术指标和功能项有许多，但主要有如下几项。有如下几项。1. 输入通道数输入通道数 通道数的多少是逻辑分析仪的重要指标之一。通道数的多少是逻辑分析仪的重要指标之一。

25、 2. 时钟频率时钟频率对于定时分析来说，时钟频率的高低是一个非常对于定时分析来说，时钟频率的高低是一个非常重要的指标。取样速率的高低对数据采集的结果有着重要的指标。取样速率的高低对数据采集的结果有着十分重要的影响，同一输入信号在不同的取样速率下十分重要的影响，同一输入信号在不同的取样速率下可能有着不同的输出结果可能有着不同的输出结果。 第第7 7章章 数据域测量数据域测量 不同取样速率下的不同输出第第7 7章章 数据域测量数据域测量 3. 存储容量存储容量存储、显示所采集的输入数据，逻辑分析仪都具存储、显示所采集的输入数据，逻辑分析仪都具有高速随机存储器有高速随机存储器RAM，其总的内存容，

26、其总的内存容量可以表示为量可以表示为NM，其中，其中N为通道数，为通道数，M为每个通道的容量。为每个通道的容量。 4. 触发功能触发功能 触发功能是评价逻辑分析仪水平的重要指标，只触发功能是评价逻辑分析仪水平的重要指标，只有具有灵活、方便、准确的触发功能，它才有具有灵活、方便、准确的触发功能，它才能在很长能在很长的数据流中，对人们感兴趣的那部分信息进行准确的的数据流中，对人们感兴趣的那部分信息进行准确的定位、捕获和分析。定位、捕获和分析。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 5. 显示方式显示方式随着微处理器成为现代逻辑分析仪的核心，使得随着微处理器成为现代逻辑分析仪的核心，使得显示方式多种多

27、样。显示方式多种多样。如今，逻辑分析仪大都具有如今，逻辑分析仪大都具有各种进制的显示各种进制的显示、ASCII码显示码显示、各种光标显示各种光标显示、助记符的显示助记符的显示、菜单菜单显示显示、反汇编反汇编、状态比较表显示状态比较表显示、矢量图显示矢量图显示、时序时序波形显示波形显示，以及以上多种方式的，以及以上多种方式的组合显示组合显示等。这样多等。这样多的显示方式与手段就为系统的运行情况提供了很好的的显示方式与手段就为系统的运行情况提供了很好的分析手段，给使用者带来了很大方便。分析手段，给使用者带来了很大方便。第第7 7章章 数据域测量数据域测量 9.3.6 逻辑分析仪的应用逻辑分析仪的应用1.微机系统软、硬件调试微机系统软、硬件调试图图9.3.6展示了一标准反汇编程序表，