嵌入式開發，邏輯分析儀一定要會用

單片機開發工程師和電子愛好者，每天都要和各種各樣的數字電路打交道。在制作調試電路時除了使用萬用表、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）。

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。

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。

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個人所能承受的。

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。

本文以下討論的邏輯分析儀，主要是指這類入門級設計。

基于電腦并口的邏輯分析儀曾是主流，但是近年來電腦系統逐步不再配置并口，這類設計已經成為明日黃花，僅僅還具有原理學習的價值。

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。但這類單片機邏輯分析儀的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，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-56PVXC，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記錄儀。

最高采樣速度為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。

下面就以Saleae邏輯分析儀為例，通過采樣分析I2C總線波形和PWM波形，簡單介紹它的特點和使用方法。

先介紹用邏輯分析儀采樣單片機對I2C器件AT24C16的寫數據過程。

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，此時邏輯分析儀的硬件已經與電腦相連，軟件會顯示[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.設置協議，點右上角的“Options”按鈕，找到analyzer1，設置為I2C協議，詳見圖1。

4.按“Start”按鈕，開始采樣。

圖1

數據分析

采樣結束后，可以看到波形，見圖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協議解碼顯示的字節內容。

單片機對AT24C16進行寫入操作，在0x00地址處寫入10000等數字。波形起始是“start”信號，然后依次是AT24C16的標識0xA2，寫入地址0x00，數據0x10，0x27等。由于寫入以字節為單位，因此0x2710 = 10000，表明采樣成功。

將鼠標放在波形上，點擊左鍵，實現zoom in功能。結果見圖3，在“start”條件后，在SCL的8個連續脈沖的高電平處，SDA對應的信號為10100010，即0xA2，第9個脈沖高電平處為0，是ACK標志。

圖2

圖3

圖4

以上簡單介紹了用邏輯分析儀進行I2C分析的過程，可以看到操作起來非常簡單。

下面再介紹利用邏輯分析儀采樣三相交流電機驅動器的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會識別該設備，并在屏幕右下角顯示USB設備標識。

圖5

軟件使用

1.?運行Saleae軟件，此時邏輯分析儀的硬件已經與電腦相連，軟件會顯示[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.?設置觸發條件，默認“----”就可以了。

4.?按“start”按鈕，開始采樣。

數據分析

采樣結束后，可以看到波形，見圖6。

圖6

典型的三相電機驅動PWM是互補型的，即一組信號的上下兩個波形的狀態是相反的，分別控制這組橋臂上下兩個開關管的狀態，避免同時導通造成短路，見圖7。

圖7? 典型的三相電機驅動電路

將鼠標放在波形上，連續點擊左鍵，實現zoom in功能。見圖8。

圖8

在UBottom的下降沿和UTop的上升沿放置標記線，在右下角的顯示框中，可以看到T2-T1=2.25μs，這就是先關斷后打開的時間差，專業上稱為“死區時間”（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。這就是一個典型的三相電機變頻器的SVPWM波形。

以上兩個例子，簡單介紹了邏輯分析儀的使用，希望能對廣大開發者有所幫助和啟發。