逻辑分析仪的使用

桃扇骨 2024-04-08 10:11 62阅读 0赞

**目录**

一、逻辑分析仪介绍

1、逻辑分析仪是什么？

2、逻辑分析仪的产生

3、逻辑分析仪测量数字电路比示波器的优势

二、逻辑分析使用

一、逻辑分析仪的参数

1、逻辑分析仪的参数

2、逻辑分析仪的使用步骤

二、软件安装

三、数据采集分析

1、串口采集分析（TTL电平）

2、I2C和SPI的信号数据解析

2.1 I2C信号数据解析

2.2 SPI信号数据解析

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## 一、逻辑分析仪介绍 ##

### **1、逻辑分析仪是什么？** ###

逻辑分析仪是分析数字系统逻辑关系的仪器。与示波器类似，逻辑分析仪能抓取引脚的电平时序。

### **2、逻辑分析仪的产生** ###

由于电路的发展是从模拟发展到数字这样的过程，因此测量工具的发展也遵循了这个顺序。现在提到测量，首先我们想到的是示波器，尤其是一些老工程师，他们对示波器的认知度非常高。而逻辑分析仪是一种新型测量工具，是随着单片机技术发展而发展起来的，非常适合单片机这类数字系统的测量分析，而通信方面的分析中，比示波器要更加方便和强大。

### **3、逻辑分析仪测量数字电路比示波器的优势** ###

示波器是专业测量模拟信号的，而测量分析数字信号，逻辑分析仪比示波器强大许多，主要有以下几个方面。

1、测量数字信号时，示波器通常可以用来观察有没有信号或者是信号的质量如何，逻辑分析仪主要用来分析信号高低电平时序时间，以及通信的是什么数据。

2、逻辑分析仪通道数通常比示波器多。示波器常见有单通道、双通道和四通道。而逻辑分析仪常见有8通道、16通道、32通道或者更多，测量多个信号运行状态，尤其是并行数据，通道最够多才能把所有的通道测量分析出来。

3、具有延迟能力，可以保存更长时间的数据。示波器是实时显示的，实际上他只能显示其中一小段数据，可以实现快速刷新，带来的缺点就是存储深度很低。而逻辑分析仪有较大的存储深度，可以保存大量的数据，而后一点点进行分析。

4、具有多种灵活的触发功能，可以实现对欲获取的数据进行挑选，对系统运行中的程序段进行调试。示波器通常只有上升沿、下降沿和电压设置的触发，而逻辑分析仪不仅仅有上升沿和下降沿触发，还可以设置并行数据等更复杂的触发。

5、具备强大的数据解析能力。对于一些复杂的协议，示波器显示的是波形，而逻辑分析仪可以直接把十六进制数据解析出来。除了我们前边讲过的三种协议外，现在很多逻辑分析仪都具备几十种协议解析器，可以方便的显示出解析的数据，并且解析出来的数据可以显示成为ASCII码、二进制、十进制、十六进制等等，方便直观。

6、可以将抓到的波形以CSV等格式导出提供给第三方工具，比如matlab进行时域分析。

在模拟时代，示波器有着不可替代的优势，但是步入数字世界，逻辑分析仪拥有更强大的功能，可以称之为分析数字通信的利器。

## 二、逻辑分析使用 ##

### 一、逻辑分析仪的参数 ###

#### 1、逻辑分析仪的参数 ####

逻辑分析仪有三个重要参数：阈值电压、采样率和采样深度。

**阈值电压：**区分高低电平的间隔。逻辑分析仪和单片机都是数字电路，它在读取外部信号的时候，多高电压识别成高电平，多高电压识别成低电平是有一定限制的。比如一款逻辑分析仪，阈值电压是：0.7~1.4V，那么当它采集外部的数字电路信号的时候，高于1.4V识别为高电平，低于0.7V识别为低电平。

**采样率：**每秒钟采集信号的次数。比如一个逻辑分析仪的最大采样率是100M，那么也就是说他一秒钟可以采集100M个样点，即每10ns采集一个样点，并且高于阈值电压的认定为高电平，低于阈值电压的认定为低电平。我们前边学UART通信的时候学过每一位都会读取16次，而逻辑分析仪的原理也是类似的，就是在超频读取。你信号是1M的频率，我用100M的采样率去采集，那么一个信号周期我就可以采集100次，最后用我们小学学过的描点法把采集到的样点连起来，就会还原出信号，当然100倍采样率的脉宽误差大概是百分之一。根据奈奎斯特定律来说，采样率必须是信号频率的2倍以上才能还原出信号，因为逻辑分析仪是数字系统，算法简单，所以最低也是4倍于信号的采样率才可以，一般选择10倍左右效果就比较好了。比如你的信号频率是10M，那么你的逻辑分析仪采样率最低也得是40M的采样率，最好能达到100M，提高精确度。

**存储深度：**我们刚才讲了采样率，那采集到的高电平或者低电平信号，我们要有一个存储器存储起来。比如我们用100M采样率，那么1秒就会产生100M个状态样点。一款逻辑分析仪能够存储多少个样点数，这是逻辑分析仪很重要的一个指标。如果我们的采样率很高，但是存储的数据量很少，那也没有多大意义，逻辑分析仪可以保存的最大样点数就是一款逻辑分析仪的存储深度。通常情况下，数据采集时间=存储深度/采样率。

此外，逻辑分析仪还有输入阻抗和耐压值等几个简单参数。所有的逻辑分析仪的通道上，都是有等效电阻和电容的，由于测量信号的时候分析仪通道是并联在通道上的，所以分析仪的输入阻抗如果太小，电容过大，就会干扰到我们线上的信号。理论上来讲，阻抗越大越好，电容越小越好。通常情况下，逻辑分析仪的阻抗都在100K以上，电容都在10pf左右。所谓的耐压值，就是说如果你测量超过这个电压值的信号那么分析仪就可能被烧坏，所以测量的时候必须要注意这个问题。

#### 2、逻辑分析仪的使用步骤 ####

1、硬件通道连接。首先我们要把逻辑分析仪的GND和待测板子的GND连到一起，以保证信号的完整性。然后把逻辑分析仪的通道接到待测引脚上，待测引脚可以用多种方式引出来。

2、通道数设置。一般情况下，大多数逻辑分析仪有8通道、16通道、32通道等数目。而我们采集信号的时候，往往用不到那么多通道，为了我们更清晰的观察波形，可以把用不到的通道隐藏起来。

3、采样率和采样深度设置。首先要对待测信号最高频率有个大概的评估，把采样率设置到它的10倍以上，还要大概判断一下我们要采集的信号的时间长短，在设置采样深度的时候，尽量设置的有一定的余量。采样深度除以采样率，得到的就是我们可以保存信号的时间。

4、触发设置。由于逻辑分析仪有深度限制，不可能无限期的保存数据。当我们使用逻辑分析仪的时候，如果没有采用任何触发设置的话，从开始抓取就开始计算时间，一直到存满我们设置的存储深度后，抓取就停止。在实际操作过程中，开始抓取的一段信号可能是无用信号，有用信号可能就是其中一段，但是无用信号还占据了我们的存储空间。在这种情况下，我们就可以通过设置触发来提高存储深度的利用率。比如我们如果想抓取UART串口信号，而串口信号平时没有数据的时候是高电平，因此我们可以设置一个下降沿触发。从点击开始抓取，逻辑分析仪不会把抓到的信号保存到我们的存储器中，而是会等待一个下降沿的产生，一旦产生了下降沿，才开始进行真正的信号采集，并且把采集到的信号存储到存储器中。也就是说，从点击开始抓取到下降沿这段时间内的无用信号，被我们所设置的触发给屏蔽掉了，这是一个非常实用的功能。

5、抓取波形。逻辑分析仪和示波器不同，示波器是实时显示的，而逻辑分析仪需要点击开始，开始抓取波形，一直到存储满了我们所设置的存储深度结束，然后我们可以慢慢的去分析我们抓到的信号，因此点击“开始抓取”这个是必须要有的。

6、设置协议解析(标准协议)。如果你抓取的波形是标准协议，比如UART、I2C、SPI这种协议，逻辑分析仪一般都会配有专门的解码器，可以通过设置解码器，不仅仅像示波器那样把波形显示出来，还可以直接把数据解析出来，以十六进制、二进制、ASCII码等各种形式显示出来。

7、数据分析。和示波器类似，逻辑分析仪也有各种测量标线，可以测量脉冲宽度，测量波形的频率，占空比等信息，通过数据分析，查找我们的波形是否符合我们的要求，从而帮助我们解决问题。

### 二、软件安装 ###

1、下载厂家提供的安装包，他会自动安装逻辑分析仪的驱动

2、硬件连接逻辑分析仪，打开界面如下图所示就是没题，否则为仿真模式，不能进行数据分析

（一定先连接硬件再打开软件，否则会一直停留在仿真页面）

正常情况可采集模式

![3b804d16558449beadcba2d7e1d0bd3c.png][]

仿真模式，不可采集数据，检查硬件连接

![1d5f1f5890e14a7e81a02d6fd3edeea4.png][]

## 三、数据采集分析 ##

### 1、串口采集分析（TTL电平） ###

1.1 将串口GND接到逻辑分析仪GND,串口TX接到逻辑分析仪任意一个通道

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>逻辑分析仪</td> 
   <td>串口</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>GND</td> 
   <td>GND</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>通道5</td> 
   <td>TX</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

1.2 点击右侧

![0a59e68da43046db93aac5170dbe7171.png][]

1.2 选通道5（之前配置的通道），然后配置好串口信息

![155b815bd9344dec8fc8c54d6b553ad7.png][]

1.3 串口助手向逻辑分析仪发送文本，设置自动发送

1.4点击Start按钮

![812db44576bb4d9ab919ea8d453f5943.png][]

在逻辑分析仪下面可以看到以下信息，波型上面有数据显示

![d34b5ca27553423fa7e145b32bcba804.png][]

如果要显示其他进制的数字，还可以点击UART右侧的那个小圆圈，点击显示为其他格式，包括二进制、ASCII、十进制都可以显示出来

![6c95b1645bfe4a748313270b38b8e869.png][]

如果我们的数据量很大，解析出来后想要用文本形式显示，也可以点击那个小圆圈，点击输出选项，就可以把数据导出为txt格式

![cb5513e63bd046bd9c9ebd3f60d658f3.png][]

![8dcbd63456de46e7be7d6d9997e14456.png][]

上中的Time就是这个信号发生时间，Value就是解码值，Parity是校验，如果数据错误也会在后边提示错误，一 一对应

![d0fe5ad99ded49cba140e0f3dd04c0e9.png][]

### 2、I2C和SPI的信号数据解析 ###

同样的方法，我们也可以去抓取和解析I2C和SPI的信号数据。I2C和SPI都不是一条线

#### 2.1 I2C信号数据解析 ####

**2.1.1 I2C接线配置**

![20eb2a66204f4029b9f4b03410eb13bd.png][]

![88b3a12976354b09968524665379e6e6.png][]

**2.1.2 查看数据**

比如I2C一个引脚是SCL，一个引脚是SDA，我们用我们分析仪的通道0接到SCL上，通道1接到SDA上，也可以将数据抓出来并且解析出来，其中SDA悬浮的就是解析的数字，如图下所示。

![cd4376a2c0724114b3e98aff71c3a4c1.png][]

#### 2.2 SPI信号数据解析 ####

**2.2.1 接线配置**

![3678cc2e63a5443daaf1233e6b7e5b76.png][]

![da7ec6fea3e6498c83bd5e72fe17a237.png][]

**2.2.2 查看数据**

SPI是4线的，大家在使用的时候，尤其要注意配置CPOL和CPHA的值，如果这两个值配置的不对，或者是解析不出来数据，或者是解析的数据是错误的数据。解析出来的波形数据分别悬浮在MOSI和MISO的通道上面，如下图所示

![dfdff0c0ce2741c49ef53af8bfee3f78.png][]

[3b804d16558449beadcba2d7e1d0bd3c.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/0a133cf8571b4fc4b9eb2d93a0717963.png
[1d5f1f5890e14a7e81a02d6fd3edeea4.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/e218d4492f574590bfc4112ee4685579.png
[0a59e68da43046db93aac5170dbe7171.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/b3f143c7a904454098161e4de88cb504.png
[155b815bd9344dec8fc8c54d6b553ad7.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/0bdc3bdc06314ef5ad6dfd12c6b6c0f3.png
[812db44576bb4d9ab919ea8d453f5943.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/c1ada56a3e094fea816739d0caf5d273.png
[d34b5ca27553423fa7e145b32bcba804.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/c84a88dd88a04a01b5dddadf2c65cef5.png
[6c95b1645bfe4a748313270b38b8e869.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/332ab71bf1224d02904dd61ce6474ddb.png
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[8dcbd63456de46e7be7d6d9997e14456.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/d572bdfc824d4b58a09664f923425ae9.png
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[20eb2a66204f4029b9f4b03410eb13bd.png]: https://image.dandelioncloud.cn/pgy_files/images/2024/04/08/7f37818447d74a029931fb55ecb386e4.png
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