邏輯分析儀的使用方法？邏輯分析儀和示波器有什么區別

什么是邏輯分析儀?

邏輯分析儀是分析數字系統邏輯關(guān)系的儀器。邏輯分析儀是屬于數據域測試[2]儀器中的一種總線(xiàn)分析儀，即以總線(xiàn)(多線(xiàn))概念為基礎，同時(shí)對多條數據線(xiàn)上的數據流進(jìn)行觀(guān)察和測試的儀器，這種儀器對復雜的數字系統的測試和分析十分有效。邏輯分析儀是利用時(shí)鐘從測試設備上采集和顯示數字信號的儀器，最主要作用在于時(shí)序判定。由于邏輯分析儀不像示波器那樣有許多電壓等級，通常只顯示兩個(gè)電壓(邏輯1和0)，因此設定了參考電壓后，邏輯分析儀將被測信號通過(guò)比較器進(jìn)行判定，高于參考電壓者為High，低于參考電壓者為L(cháng)ow，在High與 Low之間形成數字波形。

邏輯分析儀的使用方法：

單片機開(kāi)發(fā)工程師和電子愛(ài)好者，每天都要和各種各樣的數字電路打交道。在制作調試電路時(shí)除了使用萬(wàn)用表、示波器等工具，邏輯分析儀也是必不可少的。

邏輯分析儀是利用時(shí)鐘從測試設備上采集和顯示數字信號的儀器，最主要的作用在于時(shí)序判定。邏輯分析儀與示波器不同，它不能顯示連續的模擬量波形，而只顯示高低兩種電平狀態(tài)(邏輯1和0)。在設置了參考電壓后，邏輯分析儀將采集到的信號與電壓比較器比較，高于參考電壓的為邏輯1，低于參考電壓的為邏輯 0。這樣就可以將被測信號以時(shí)間順序顯示為連續的高低電平波形，便于使用者進(jìn)行分析和調試。使用邏輯分析儀，可以方便地設置信號觸發(fā)條件開(kāi)始采樣，分析多路信號的時(shí)序，捕獲信號的干擾毛刺，也可以按照規則對電平序列進(jìn)行解碼，完成通信協(xié)議分析。

邏輯分析儀根據其硬件設備的功能和復雜程度，主要分為獨立式(單機型)邏輯分析儀和基于電腦(PC-Base)的虛擬邏輯分析儀兩大類(lèi)。獨立式邏輯分析儀是將所有的軟件，硬件整合在一臺儀器中，使用方便。虛擬邏輯分析儀則需要結合電腦使用，利用PC強大的計算和顯示功能，完成數據處理和顯示等工作。

專(zhuān)業(yè)邏輯分析儀，通常具有數量眾多的采樣通道，超快的采樣速度和大容量的存儲深度，但昂貴的價(jià)格也不是個(gè)人所能承受的。作為工程師手頭常備的開(kāi)發(fā)工具，目前有許多入門(mén)級的邏輯分析儀設計，整體功能雖然不能和專(zhuān)業(yè)高檔儀器相比，但是用較低的成本來(lái)實(shí)現特定的功能，也是非常成功的設計。本文以下討論的邏輯分析儀，主要是指這類(lèi)入門(mén)級設計。

基于電腦并口的邏輯分析儀曾是主流，但是近年來(lái)電腦系統逐步不再配置并口，這類(lèi)設計已經(jīng)成為明日黃花，僅僅還具有原理學(xué)習的價(jià)值。

另一類(lèi)的邏輯分析儀，是以低速單片機為基礎的。很多愛(ài)好者用PIC、AVR等常見(jiàn)單片機設計了自己的作品。但這類(lèi)單片機邏輯分析儀的共同弱點(diǎn)就是采樣速度太慢，通常不超過(guò)1MHz。

以USB IO芯片為基礎的入門(mén)級邏輯分析儀現在最為流行。比如Saleae logic，還有類(lèi)似的USBee等。這類(lèi)產(chǎn)品主要采用一個(gè)USB IO芯片，例如CYPRESS公司的CY7C68013A-56PVXC，所有的信號觸發(fā)和處理工作都是電腦上的軟件完成的，硬件部分就只是一個(gè)數據記錄儀。最高采樣速度為24MHz。它們可以“無(wú)限數量”地采樣，因為所有的數據都是存儲在電腦里的。目前一般最多是8個(gè)通道，更多的通道數量會(huì )成比例地降低最高采樣速度。這類(lèi)產(chǎn)品構造簡(jiǎn)單，方便易用，價(jià)格便宜，是調試單片機開(kāi)發(fā)工作的好工具。它的缺點(diǎn)主要是采樣速度只有24MHz、8個(gè)通道，對于分析高速并行總線(xiàn)就不能勝任了。更進(jìn)一步的設計，需要增加FPGA、SRAM等器件，才能解決速度不夠和通道數量不足的問(wèn)題。

下面就以Saleae邏輯分析儀為例，通過(guò)采樣分析I2C總線(xiàn)波形和PWM波形，簡(jiǎn)單介紹它的特點(diǎn)和使用方法。

先介紹用邏輯分析儀采樣單片機對I2C器件AT24C16的寫(xiě)數據過(guò)程。

硬件連接

1.先將邏輯分析儀的GND與目標板的GND連接，讓二者共地。

2.選擇需要采樣的信號，這里就是AT24C16的SDA和SCL，將SDA接入邏輯分析儀的通道1(Input 1)，SCL接入通道1(Input 2)。

3.將邏輯分析儀和電腦USB口連接，windows會(huì )識別該設備，并在屏幕右下角顯示USB設備標識。

軟件使用

1.運行Saleae軟件，此時(shí)邏輯分析儀的硬件已經(jīng)與電腦相連，軟件會(huì )顯示[Connected]。

2.設置采樣數量和速度，I2C為低速通信，所以速度設置不必太高，這里設置為20M Samples @ 4M Hz的速度，也就是能持續采樣5秒鐘。

3.設置協(xié)議，點(diǎn)右上角的“OpTIons”按鈕，找到analyzer1，設置為I2C協(xié)議，詳見(jiàn)圖1。

4.按“Start”按鈕，開(kāi)始采樣。

數據分析

采樣結束后，可以看到波形，見(jiàn)圖2。由于我們設置了是I2C分析，因此不光顯示出波形，還有根據I2C協(xié)議解碼顯示的字節內容。單片機對 AT24C16進(jìn)行寫(xiě)入操作，在0x00地址處寫(xiě)入10000等數字。波形起始是“start”信號，然后依次是AT24C16的標識0xA2，寫(xiě)入地址 0x00，數據 0x10，0x27等。由于寫(xiě)入以字節為單位，因此0x2710 = 10000，表明采樣成功。

將鼠標放在波形上，點(diǎn)擊左鍵，實(shí)現zoom in功能。結果見(jiàn)圖3，在“start”條件后，在SCL的8個(gè)連續脈沖的高電平處，SDA對應的信號為10100010，即0xA2，第9個(gè)脈沖高電平處為0，是ACK標志。

以上簡(jiǎn)單介紹了用邏輯分析儀進(jìn)行I2C分析的過(guò)程，可以看到操作起來(lái)非常簡(jiǎn)單。

下面再介紹利用邏輯分析儀采樣三相交流電機驅動(dòng)器的6路PWM波形。

硬件連接

1.先將邏輯分析儀的GND與目標板的GND連接，讓二者共地，見(jiàn)圖5。

2.選擇需要采樣的信號，這里就是單片機6路PWM波形的輸出引腳，將其接入邏輯分析儀的通道1(Input 1)至通道6(Input 6)，并且把通道的名字改為Utop、Ubottom、Vtop、Vbottom、Wtop、WBottom，分別代表三路輸出的上下橋臂。

3.將邏輯分析儀和電腦USB口連接，windows會(huì )識別該設備，并在屏幕右下角顯示USB設備標識。

軟件使用

1.運行Saleae軟件，此時(shí)邏輯分析儀的硬件已經(jīng)與電腦相連，軟件會(huì )顯示[Connected]。

2.設置采樣數量和速度，PWM的頻率為15kHz，這里設置為2M Samples @ 4MHz的速度。

3.設置觸發(fā)條件，默認“----”就可以了。

4.按“start”按鈕，開(kāi)始采樣。

數據分析

采樣結束后，可以看到波形，見(jiàn)圖6。典型的三相電機驅動(dòng)PWM是互補型的，即一組信號的上下兩個(gè)波形的狀態(tài)是相反的，分別控制這組橋臂上下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管的狀態(tài)，避免同時(shí)導通造成短路，見(jiàn)圖7。

將鼠標放在波形上，連續點(diǎn)擊左鍵，實(shí)現zoom in功能。見(jiàn)圖8。在UBottom的下降沿和UTop的上升沿放置標記線(xiàn)，在右下角的顯示框中，可以看到T2-T1=2.25μs，這就是先關(guān)斷后打開(kāi)的時(shí)間差，專(zhuān)業(yè)上稱(chēng)為“死區時(shí)間”(DeadTIme)。另外，還可以看到PWM的寬度45.5μs，周期66.6μs，占空比31.6%，頻率 15.0376kHz等信息。這就是一個(gè)典型的三相電機變頻器的SVPWM波形。

以上兩個(gè)例子，簡(jiǎn)單介紹了邏輯分析儀的使用，希望能對廣大愛(ài)好者有所幫助和啟發(fā)。

邏輯分析儀主要應用在哪些場(chǎng)合：

邏輯分析儀一般用于較專(zhuān)業(yè)的數字邏輯分析，一般在如下四種場(chǎng)合較多

(1)調試并檢驗數字系統的運行;

(2)同時(shí)跟蹤并使多個(gè)數字信號相關(guān)聯(lián);

(3)檢驗并分析總線(xiàn)中違反時(shí)限的操作以及瞬變狀態(tài);

(4)跟蹤嵌入軟件的執行情況。

邏輯分析儀中重視的參數主要采樣頻率、通道數、存儲深度、支持協(xié)議分析種類(lèi)等。

邏輯分析儀和示波器的區別：

從電壓等級顯示來(lái)看，邏輯分析儀只能觀(guān)察信號的高低電平(邏輯電平)，而示波器能觀(guān)察到信號的具體電壓大小;

從輸入通道數來(lái)看，邏輯分析儀可輕易實(shí)現多通道(16或個(gè)呢更多)同時(shí)測量，方便對并行信號進(jìn)行分析。而示波器最多也就實(shí)現4通道同時(shí)測量;

相對來(lái)說(shuō)，邏輯分析儀的應用更偏向于數字電路的時(shí)序邏輯分析，并不關(guān)注信號本身的波形結構;而示波器雖能測量整個(gè)信號的波形，從中分析出信號的異常和干擾，但無(wú)法長(cháng)時(shí)間、多通道記錄信號的時(shí)序邏輯，在分析時(shí)序邏輯方面能力較弱。

雖然目前邏輯分析儀和示波器在測試原理上還是差別較大的，但隨著(zhù)電子技術(shù)的飛速發(fā)展，這兩者的功能將會(huì )漸漸重合，直至兩者合二為一變成一種儀器。