調試助手——邏輯分析儀

• 當您需要看到信號上小的電壓變化
• 當您需要很高的時間間隔精度

一般來說，在需要高垂直或電壓分辨率時應使用示波器。即如果您需要看到如圖10-1所示的每一微小電壓變化，就應使用示波器。許多示波器，包括新一代數字示波器，還能夠提供非常高的時間間隔分辨率。也就是能以很高的精度測量兩個事件間的時間間隔。總之，當您需要參數信息時，就應使用示波器。

圖10-2 邏輯分析儀采樣圖

10.2 什么是邏輯分析儀

邏輯分析儀是利用時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（邏輯1和0）。使用邏輯分析儀，可以方便地設置信號觸發條件開始采樣，分析多路信號的時序，捕獲信號的干擾毛刺，也可以按照規則對電平序列進行解碼，完成通信協議分析，如1wire、I2C、UART、SPI、CAN等數據的時候，應用邏輯分析儀解決問題可以達到事半功倍的作用。

10.2.1 邏輯分析儀的工作原理

圖10-3 數據采集原理圖

在設置了參考電壓（閾值）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間順序顯示為連續的高低電平波形，便于使用者進行分析和調試，如圖10-3所示，就是以“閾值”作為參考值來采樣的數據圖形。

10.2.1 邏輯分析儀的分類

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。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。

專業邏輯分析儀，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，但昂貴的價格也不是每個窮屌絲所能承受起的。作為工程師手頭常備的開發工具，目前有許多入門級的邏輯分析儀設計，整體功能雖然不能和專業高檔儀器相比，但是用較低的成本來實現特定的功能，也是非常成功的設計。

另一類的邏輯分析儀，是以低速單片機為基礎的。很多愛好者用PIC、AVR等常見單片機設計了自己的作品。但這類基于單片機的邏輯分析儀共同弱點就是采樣速度太慢，通常不超過1MHz。

以USB IO芯片為基礎的入門級邏輯分析儀現在最為流行。比如Saleae logic（實物如圖10-4所示），還有類似的USBee等。這類產品主要采用一個USB IO芯片，例如CYPRESS公司的CY7C68013A，所有的信號觸發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數據采集、記錄儀。最高采樣速度24MHz。它們可以“無限數量”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個通道，更多的通道數量會成比例地降低最高采樣速度。這類產品構造簡單，方便易用，價格便宜，是調試單片機開發工作的好工具。它的缺點主要是采樣速度只有24MHz、8個通道，對于分析高速并行總線就不能勝任了。更進一步的設計，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題。

圖10-4 Saleae logic Analyzer實物圖

10.3 Logic軟件的相關概述

上面我們已經提到，這個邏輯分析儀需要借助軟件來完成，因此我們首先的安裝該上位機軟件。