第七章数据域测量

第7章数据域测量7.1数域分析和数域测量仪器7.2逻辑分析仪 7.2.1

逻辑分析仪的特点与分类 7.2.2逻辑分析仪的基本组成原理

7.2.3逻辑分析仪的触发方式 7.2.4逻辑分析仪的显示方式 7.2.5逻辑分析仪的主要技术指标

与发展趋势 7.2.6逻辑分析仪的应用

如何正确有效地检测和分析数字及微机系统问题。由于数字系统中传输的是以离散时间为自变量的数据字，传统的时域测量法和频域测量法已无能为力，因而产生了“数域测量”这一新的测量领域。7.1数域分析和数域测量仪器P2417.1.1数域分析的基本概念在传统测量中，时域测量是对随时间连续变化的模拟量进行的测量，示波器是典型的时域测试仪器；频域测量是在频域内对信号特征的测量，频谱分析仪是典型的频域测试仪器，它以频率为自变量，以各频率分量为因变量。然而，数域测量是对数字系统中随时间离散变化的数据流进行测试，离散时间或时间序列为自变量，逻辑分析仪是典型的数域测试仪器。为便于理解掌握，时域、频域和数域的比较列于表7-1中。表7-1时域、频域和数域的比较

7-1中的数域测量是一个简单的十进制计数器，自变量为计数时钟序列，输出为计数器状态给出的4位二进制码组成的数据流。数据流可以是高低电平表示（如波形），也可以是“数据字”表示（如二进制码）。在数域分析中，自变量可以是离散的等时间序列（如表中的计数器时钟序列），但多数情况下不以等时间间隔方式出现。在数域测量中，人们关心的并不是每条信号线上电压的确切数值及其测量的准确度如何，而只关心各信号在自变量对应处的电平状态是高还是低以及各信号互相配合在整体上所表达的意义。7.1.1数域分析的基本概念（续）7.1.2数字系统的特点及数域测试的要求数字系统的特点决定了对数域测试的要求。1.数字信号按时序传递数字系统通常严格按一定的时序工作，系统中的信号都是有序的信号流，如计算机的取指、读和写等。因此，要求能测各信号间的时序和逻辑关系，这是数域测量的主要任务之一。2.数字信号是多位传输数字信号经常在总线中传输，如计算机数据总线上的数字、指令总线上的指令和地址总线上的地址等，它们都是多位的.因此,要求数据测试仪器要能同时进行多路测试.3.数字信息的多方式传递数字系统的结构和数据的格式差别很大，数据的传递方式也是多种多样的。在同一数字系统中，数据信息的传递方式有串行和并行、同步和异步，有时串行与并行之间还要转换。因此，数域测试中要注意系统的结构、数据的格式、测试点的选择以及彼此间的逻辑关系，以便获取有意义的数据。4.数字信号的速度变化范围宽数字系统中，往往是高、低信号并存，如计算机系统的高速主机与低速打印、电传机等同时工作。因此，要求数域测试设备的采样频率范围要宽，具有同时采集不同速度数据的能力。7.1.2数字系统的特点及数域测试的要求

5.数字系统故障判别特点在模拟系统中，故障往往表现为电路中某节点的电位不正常和波形不正常。在数字系统中，故障不在于信号的波形及电位变化，而在于信号之间的逻辑关系是否满足要求。例如，数据流中因干扰或时序配合不当，会出现持续时间明显小于时钟周期的尖脉冲，将导致计算机硬件工作不正常，这种失常有时又在程序执行过程中以软件故障形式体现出来。因此，要求数据测试仪器具有存贮功能。7.1.2数字系统的特点及数域测试的要求7.1.3数域测试仪器数字系统具有前述诸多特点，对数域测试仪器设备也有诸多要求，因而有各种各样的数据测试仪器。

(一).宽带示波器测量

数域测试也分“静态”和“动态”两种，前者是在固定输入下测输出的逻辑，后者是在脉冲序列输入下测输出的逻辑。利用宽带示波器可观测数字电路在脉冲序列作用下各处的波形，不但能测脉冲参数，还可以测逻辑关系。宽带示波器的频率上限很高，可参见第五章内容。比如，用示波器测一由触发器构成的异步十进制计数器的逻辑功能，可测出脉冲序列和各处的波形，便可得出结论。用示波器测量是动态测量。

(二).简易逻辑测试设备早期的数字系统故障查找工具是简易测试设备，包括常用的逻辑笔、逻辑夹、逻辑电平测试器等，它们用来判断简单数字电路（一路或多路）信号的稳定（静态）电平、单个脉冲或极低速脉冲列。逻辑笔用于单路信号，逻辑夹用于多路信号。

1.逻辑笔逻辑笔的外形如图所示。7.1.3

数域测试仪器顶部指示灯中，红灯指示逻辑“1”（高电平），绿灯指示逻辑“0”（低电平）。图1逻辑笔测试时的逻辑状态与响应关系如下：稳定逻辑“1”状态，红灯稳定亮；稳定逻辑“0”状态，绿灯稳定亮；在逻辑“1”、“0”的中间状态时，两灯均不亮；单次正脉冲时显示为“绿——红——绿”；7.1.3

数域测试仪器

单次负脉冲时显示为“红——绿——红”；低频的脉冲序列时，红、绿灯交替显示。逻辑笔具有记忆功能，当测试时，指示灯与对应的逻辑电平对应发光（发红光或绿光），探针离开测试点后仍保持这种发光，便于使用者记录被测试的状态。用逻辑笔上的“存储开关”来复位消除这种记忆。逻辑笔有选通脉冲输出，取出其中之一的脉冲接至被测电路中的某一选通点上，逻辑笔随着选通脉冲的加入而做出响应。

与逻辑笔类似的还有电平测试器。逻辑笔通常与逻辑脉冲发生器配套使用，后者的形状和大小也与笔类似。7.1.3

数域测试仪器

2.逻辑夹逻辑夹的工作原理与逻辑笔基本相同，只不过逻辑夹是多路并列的，可同时显示集成电路所有端点的逻辑状态。原理框图见图所示，图中只画出了一路的情况。每个端点都联接一个门判网络，通过一个非门驱动发光二极管发光。图逻辑夹原理（16路中的一路）7.1.3

数域测试仪器

逻辑夹与逻辑脉冲发生器配合使用，可以比较迅速地寻找出电路的逻辑故障，尤其是在脉冲发生器的输出信号频率较低时，可以用逻辑夹清楚地反映门电路、触发器、计数器或加法器等全部输入端及输出端之间的逻辑关系。上述简易逻辑测试设备的电路简单、价格便宜、使用方便，但只能测简单数字电路的静态情况，不能迅速、深入地分析复杂的数字系统。(三).逻辑信号发生器

最简单的逻辑信号发生器是单脉冲发生器，常做成笔形。它能产生有较强驱动能力的脉冲，其幅度和极性都可以选择。7.1.3

数域测试仪器逻辑信号发生器是作为数域测量的电源，因此是必不可少的数域测试仪器之一。

(四).逻辑分析仪逻辑分析仪（LogicAnalyzer）是数域测试最为典型的先进仪器，能很好地满足数域测试的各种要求,自1973年美国HP公司及BIOMATION分别研制问世以来，在短短时间内得到了飞速的发展。正因为它的问世，才出现了所谓“数字域”（简称数域）测量。由于它以荧光屏显示为主要方式，故又有逻辑示波器之称。

7.1.3

数域测试仪器逻辑分析仪不但能分析数字系统、计算机软件和硬件，而且能与计算机结合构成多种智能逻辑分析仪和个人仪器型的逻辑分析仪插件，某些逻辑分析仪还能与计算机开发系统、仿真器、数字化电压表、示波器等结合构成完善的仪器系统。先进的逻辑分析仪可以同时检测几百路速度不同、电平标准不同的数字信号，具有灵活多样的触发方式，可以方便地在很长的单次或非周期性数据流中选择感兴趣的观察窗口，拥有映射圈、流程图或列表等多种显示方式。目前逻辑分析仪已成为设计、调试和检测维修复杂数字系统、计算机和微机化产品的最有效工具。7.1.3

数域测试仪器7.2逻辑分析仪

主要内容:7.2.1

逻辑分析仪的特点与分类7.2.2逻辑分析仪的基本组成原理

7.2.3逻辑分析仪的触发方式7.2.4逻辑分析仪的显示方式7.2.5逻辑分析仪的主要技术指标

与发展趋势7.2.6逻辑分析仪的应用7.2.1逻辑分析仪的特点与分类1.逻辑分析仪的特点:

输入通道多数据捕获能力强,具有多种灵活的触发方式具有较大的存储深度,可以观察单次或非周期信号显示方式丰富能够检测毛刺2.逻辑分析仪的分类:按工作特点分类:(1)逻辑状态分析仪（LogicStateAnalyzer，即LSA）

(2)逻辑定时分析仪（LogicTimingAnalyzer,即LTA）按结构特点分类:(1)台式逻辑分析仪

(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2.逻辑分析仪的分类:台式逻辑分析仪TLA612HP1682A逻辑分析仪便携式逻辑分析仪卡式逻辑分析仪外接式逻辑分析仪AgilentE9340A7.2.2逻辑分析仪的组成原理p241/242逻辑分析仪的组成结构如图11-1所示，它主要包括数据捕获和数据显示两大部分。信号输入信号外时钟采样数据存储时钟选择内时钟触发产生显示控制CRT数据捕获数据显示逻辑分析仪原理结构门限电平设定7.2.3逻辑分析仪的触发方式p249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1通道8100….1100….1000….1000….0采样时钟000….0000….0100….0100….1100….0100….0采样数据数据流触发的含义：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

触发字数据流数据窗口跟踪开始观察窗口宽度：逻辑分析仪存储深度1．组合触发

(基本触发)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时均触发基本的触发跟踪方式P250：触发起始跟踪触发终止跟踪触发字数据流数据窗口跟踪开始

触发起始跟踪触发字数据流数据窗口跟踪结束

触发终止跟踪2．延迟触发P250在数据流中搜索到触发字时，并不立即跟踪，而是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。触发字数据流数据窗口跟踪开始延迟数跟踪结束数据流数据窗口触发字延迟数(a)触发开始跟踪加延迟(b)触发终止跟踪加延迟3．序列触发P250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。导引条件使能第二级触发第二级触发字无效第二级触发字有效第一级触发B(导引条件)子程序C(触发条件)主程序两级序列触发工作原理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。5．限定触发与门限定条件触发识别数据流触发信号限定条件触发产生原理逻辑分析仪的数据获取和存储

1.输入探头若高于阈值则输出为逻辑“1”，反之则为逻辑“0”。为检测不同逻辑电平的数字系统（如TTL、CMOS、ECL等），门限电平可以调节，一般是-10~+10V。探头相片

逻辑分析仪的数据采集从数据探头得到的信号，经电平转换延迟变为TTL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。逻辑分析仪的数据获取和存储

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。由于逻辑分析仪内部时钟频率一般较被测系统高得多，这样使单位时间内得的信息量增多，提高了分辨力，从而显示的数据更精确。异步采样可以检测出波形中的“毛刺”干扰，并将它存储到存储器中记录下来。

异步采样7.2.4逻辑分析仪的显示方式P246每个通道的信号用一个伪方波显示，多个通道同时显示。1．波形显示2．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。3．反汇编显示地址（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。4．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。（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7.2.5逻辑分析仪的技术指标

及发展趋势1．主要技术指标①定时分析最大速率。②状态分析最大速率。③通道数。④存储深度。⑤触发方式。⑥输入信号最小幅度。⑦