1、第第7 7章章 數據域測量數據域測量 第第7章章 數據域測量數據域測量 7.1 概述概述7.2 數字電路的簡易測試數字電路的簡易測試7.3 邏輯分析儀邏輯分析儀第第7 7章章 數據域測量數據域測量 7.1 概述概述7.1.1 時域、頻域和數據域的關系時域、頻域和數據域的關系 u(t)Otu( f )Of0000000100100011010001010110011110001001No.0No.1No.2No.3No.4No.5No.6No.7No.8No.9b3b2b1b00000000100100011010001010110011110001001(a)(b)(c)狀態圖定時圖b3b2b

2、1b0CLK0123456789第第7 7章章 數據域測量數據域測量 7.1.2 數據域測試的特點數據域測試的特點 (1) 數字信號通常是按時序傳遞的。數字信號通常是按時序傳遞的。數字系統的正常工作，要求其各個部分按照預先規定數字系統的正常工作，要求其各個部分按照預先規定的邏輯程序進行工作，各信號之間有預定的邏輯時序關系。的邏輯程序進行工作，各信號之間有預定的邏輯時序關系。測量檢查各數字信號之間測量檢查各數字信號之間邏輯時序關系邏輯時序關系是否符合設計是數是否符合設計是數據域分析測試的最主要任務。據域分析測試的最主要任務。(2) 數字系統中信號的傳遞方式多種多樣。數字系統中信號的傳遞方式多種多

3、樣。 從宏觀上來講，數字信號的傳遞方式分為從宏觀上來講，數字信號的傳遞方式分為串行和并行串行和并行兩大類；兩大類； 但從微觀上來講，不同的系統、系統內不同的單但從微觀上來講，不同的系統、系統內不同的單元，采用的傳遞方式都可能不同，即便是采用同一類傳遞元，采用的傳遞方式都可能不同，即便是采用同一類傳遞方式方式（串行或并行），（串行或并行），也存在著也存在著數據寬度（位數）數據寬度（位數）、數據數據格式格式、傳輸速率傳輸速率、接口電平接口電平、同步同步/異步異步等方面的不等方面的不同。同。 第第7 7章章 數據域測量數據域測量 (3) 數字信號往往是單次或非周期性的。數字信號往往是單次或非周期性的

4、。數字設備的工作是時序的，在執行一個程序時，許多信數字設備的工作是時序的，在執行一個程序時，許多信號只出現一次，或者僅在關鍵的時候出現一次（例如中斷號只出現一次，或者僅在關鍵的時候出現一次（例如中斷事件等）；事件等）； 某些信號可能重復出現，但并非時域上的周期某些信號可能重復出現，但并非時域上的周期信號，例如子程序例程的調用等。分析時經常需要存儲、信號，例如子程序例程的調用等。分析時經常需要存儲、捕獲和顯示某部分有用的信號，因此若利用諸如示波器一捕獲和顯示某部分有用的信號，因此若利用諸如示波器一類的測量儀器難以觀測，也更難以發現故障。類的測量儀器難以觀測，也更難以發現故障。(4) 被測信號的速

5、率變化范圍很寬。被測信號的速率變化范圍很寬。即使在同一數字系統內，數字信號的速率也可能相差很即使在同一數字系統內，數字信號的速率也可能相差很大，如外部總線速率達幾百大，如外部總線速率達幾百Mb/s、內核速率達數、內核速率達數Gb/s的中的中央處理器與其外部的低速打印機、電傳機、鍵盤等。央處理器與其外部的低速打印機、電傳機、鍵盤等。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 (5) 數字信號為脈沖信號。數字信號為脈沖信號。由于被測數字信號的速率可能很高，各通道信號由于被測數字信號的速率可能很高，各通道信號的前沿很陡，其頻譜分量十分豐富。的前沿很陡，其頻譜分量十分豐富。 因此，數據域測因此，數據域測量必

6、須能夠分析測量短至量必須能夠分析測量短至ps級（級（10-12 s）的信號，如脈）的信號，如脈沖信號的建立和保持時間等。沖信號的建立和保持時間等。 (6) 被測信號故障定位難。被測信號故障定位難。通常，數字信號只有通常，數字信號只有“0”、“1”兩種電平，數字兩種電平，數字系統的故障不只是信號波形、電平的變化，更主要的系統的故障不只是信號波形、電平的變化，更主要的在于信號之間的邏輯時序關系，電路中偶爾出現的干在于信號之間的邏輯時序關系，電路中偶爾出現的干擾或毛刺等都會引起系統故障擾或毛刺等都會引起系統故障。 第第7 7章章 數據域測量數據域測量 7.1.3 數據域分析測試的方法數據域分析測試的

7、方法數據域分析測試的目的一是確定系統中是否存在數據域分析測試的目的一是確定系統中是否存在故障，稱為合格故障，稱為合格/失效測試，或稱失效測試，或稱故障檢測故障檢測；二是確定；二是確定故障的位置，稱為故障的位置，稱為故障定位故障定位。 第第7 7章章 數據域測量數據域測量 7.2 數字電路的簡易測試數字電路的簡易測試7.2.1 邏輯筆邏輯筆邏輯筆主要用于判斷某一端點的邏輯狀態。邏輯筆主要用于判斷某一端點的邏輯狀態。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 表表7-1 邏輯筆測試響應邏輯筆測試響應被測點邏輯狀態被測點邏輯狀態邏輯筆響應邏輯筆響應穩定的邏輯穩定的邏輯“1”狀態（狀態（+2.4V+5V）紅

8、燈穩定亮紅燈穩定亮穩定的邏輯穩定的邏輯“0”狀態（狀態（0V+0.7V）綠燈穩定亮綠燈穩定亮在邏輯在邏輯“1”與與“0”中間狀態（中間狀態（+0.8V+2.3V）兩燈均不亮兩燈均不亮單次正脈沖單次正脈沖綠綠紅紅綠綠單次負脈沖單次負脈沖紅紅綠綠紅紅低頻序列脈沖低頻序列脈沖紅綠燈交替閃爍紅綠燈交替閃爍第第7 7章章 數據域測量數據域測量 邏輯筆腰部的兩個插孔可以各自提供一個正、負選通脈邏輯筆腰部的兩個插孔可以各自提供一個正、負選通脈沖，將其中一個插孔與被測電路的某一選通點相接，邏輯筆沖，將其中一個插孔與被測電路的某一選通點相接，邏輯筆將隨著選通脈沖的加入而做出響應。下圖表示在將隨著選通脈沖的加入而

9、做出響應。下圖表示在t0時刻提供負時刻提供負的選通脈沖時，邏輯筆響應為高電平、紅燈亮的情況。的選通脈沖時，邏輯筆響應為高電平、紅燈亮的情況。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 7.2.2 邏輯夾邏輯夾邏輯筆邏輯筆在同一時刻只能顯示在同一時刻只能顯示一個被測點一個被測點的邏輯狀態，的邏輯狀態，而而邏輯夾邏輯夾則可以同時顯示則可以同時顯示多個被測點多個被測點的邏輯狀態。在邏輯的邏輯狀態。在邏輯夾中，每一路信號（總共夾中，每一路信號（總共16路）都先經過一個門判電路，路）都先經過一個門判電路，門判電路的輸出通過一個非門驅動一個發光二極管。當輸門判電路的輸出通過一個非門驅動一個發光二極管。當輸入信號

10、為高電平時，發光二極管亮；入信號為高電平時，發光二極管亮； 否則，發光二極管否則，發光二極管暗。暗。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 7.3 邏輯分析儀邏輯分析儀7.3.1 邏輯分析儀的特點邏輯分析儀的特點(1) 具有足夠多的輸入通道，這是邏輯分析儀的重具有足夠多的輸入通道，這是邏輯分析儀的重要特點。要特點。 (2) 存儲記憶功能。存儲記憶功能。(3) 極高的定時、狀態速率。極高的定時、狀態速率。(4) 豐富的觸發功能。豐富的觸發功能。(5) 靈活而直觀的顯示方式。靈活而直觀的顯示方式。(6) 驅動時域儀器的功能。驅動時域儀器的功能。(7) 限定功能。限定功能。第第7 7章章 數據域測量數

11、據域測量 第第7 7章章 數據域測量數據域測量 7.3.2 邏輯分析儀的分類邏輯分析儀的分類根據顯示方式和定時方式的不同，邏輯分析儀可分為根據顯示方式和定時方式的不同，邏輯分析儀可分為邏邏輯狀態分析儀輯狀態分析儀和和邏輯定時分析儀邏輯定時分析儀兩大類，其基本結構是相兩大類，其基本結構是相同的。同的。(1) 邏輯狀態分析儀邏輯狀態分析儀邏輯狀態分析儀以邏輯狀態分析儀以“0”和和“1”、助記符助記符或或映射圖映射圖等來顯等來顯示被測系統的邏輯狀態，它是用被測系統的時鐘來控制記示被測系統的邏輯狀態，它是用被測系統的時鐘來控制記錄速度的，與被測系統同步工作。這是邏輯狀態分析儀的錄速度的，與被測系統同步

12、工作。這是邏輯狀態分析儀的主要特點。主要特點。邏輯狀態分析儀能夠有效地進行程序的動態調試，這對邏輯狀態分析儀能夠有效地進行程序的動態調試，這對中、大規模邏輯電路、以微處理器為中心的數字系統以及中、大規模邏輯電路、以微處理器為中心的數字系統以及軟件測試提供了方便。軟件測試提供了方便。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 (2) 邏輯定時分析儀邏輯定時分析儀 邏輯定時分析儀用時間圖來顯示被測信號，顯示邏輯定時分析儀用時間圖來顯示被測信號，顯示的是一連串類似方波的偽波形，這些波形是根據預先的是一連串類似方波的偽波形，這些波形是根據預先選定的選定的0和和1所代表的高低電平，經過處理后的的邏輯所代表的高

13、低電平，經過處理后的的邏輯狀態關系圖，而狀態關系圖，而X軸以所選定的時鐘脈沖時間作為時軸以所選定的時鐘脈沖時間作為時基?；＿壿嫸〞r分析儀內部有時鐘發生器，在內部時鐘邏輯定時分析儀內部有時鐘發生器，在內部時鐘控制下記錄數據，與被測系統控制下記錄數據，與被測系統異步異步工作，這是邏輯定工作，這是邏輯定時分析儀的主要特點。時分析儀的主要特點。上述兩類分析儀雖然在顯示方式、功能重點上有上述兩類分析儀雖然在顯示方式、功能重點上有所不同，但其基本用途是一致的，即可對一個數據流所不同，但其基本用途是一致的，即可對一個數據流進行顯示。進行顯示。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 第第7 7章章 數據域測量

14、數據域測量 7.3.3 邏輯分析儀的基本組成邏輯分析儀的基本組成 第第7 7章章 數據域測量數據域測量 7.3.4 邏輯分析儀的工作原理邏輯分析儀的工作原理1. 數據采集數據采集(1) 同步取樣同步取樣如果時鐘脈沖來自被測系統，則是同步取樣方式，只有如果時鐘脈沖來自被測系統，則是同步取樣方式，只有當被測系統時鐘到來時邏輯分析才儲存輸入數據。當被測系統時鐘到來時邏輯分析才儲存輸入數據。(2) 異步取樣異步取樣如取樣時鐘由邏輯分析儀內部產生或由外部的脈沖發生如取樣時鐘由邏輯分析儀內部產生或由外部的脈沖發生器提供，與被測系統的時鐘無關，這種取樣方式稱為異步取器提供，與被測系統的時鐘無關，這種取樣方式

15、稱為異步取樣。內部時鐘頻率可以比被測系統時鐘頻率高得多，這樣使樣。內部時鐘頻率可以比被測系統時鐘頻率高得多，這樣使每單位時間內獲取的數據更多，顯示的數據更精確。每單位時間內獲取的數據更多，顯示的數據更精確。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 同步取樣和異步取樣示意圖第第7 7章章 數據域測量數據域測量 2. 觸發方式觸發方式邏輯分析儀具有多種觸發方式，可以顯示觸發前、后邏輯分析儀具有多種觸發方式，可以顯示觸發前、后或以觸發為中心的輸入數據，其中最基本的觸發方式有：或以觸發為中心的輸入數據，其中最基本的觸發方式有： (1) 組合觸發組合觸發將邏輯分析儀各通道的輸入信號與各通道預置的觸發將邏輯分

16、析儀各通道的輸入信號與各通道預置的觸發字（字（0、1或或x:任意）進行比較，當全部吻合時，即產生觸任意）進行比較，當全部吻合時，即產生觸發信號。幾乎所有的邏輯分析儀都采用這種觸發產生方式，發信號。幾乎所有的邏輯分析儀都采用這種觸發產生方式，因此也因此也稱基本觸發方式。稱基本觸發方式。 第第7 7章章 數據域測量數據域測量 (2) 延遲觸發延遲觸發在延遲觸發方式中專門設置了一個數字延遲電路，在延遲觸發方式中專門設置了一個數字延遲電路，當捕獲到觸發字后，延遲一段時間再停止數據的采集、當捕獲到觸發字后，延遲一段時間再停止數據的采集、存儲，這樣在存儲器中存儲的數據既包括了觸發點前的存儲，這樣在存儲器中

17、存儲的數據既包括了觸發點前的數據，又包括了觸發后數據，又包括了觸發后的數據。的數據。終端觸發、始端觸發、延遲觸發示意圖終端觸發、始端觸發、延遲觸發示意圖觸發時刻延遲觸發終端觸發始端觸發數據流第第7 7章章 數據域測量數據域測量 (3) 毛刺觸發毛刺觸發毛刺觸發是利用濾波器從輸入信號中取出一定寬度毛刺觸發是利用濾波器從輸入信號中取出一定寬度的干擾脈沖作為觸發信號，然后存儲毛刺出現前后的數的干擾脈沖作為觸發信號，然后存儲毛刺出現前后的數據流，以利于觀察和尋找由于外界干擾而引起的數字電據流，以利于觀察和尋找由于外界干擾而引起的數字電路誤動作的現象和原因。路誤動作的現象和原因。(4) 手動觸發與外觸發

18、手動觸發與外觸發在測量時，利用人工方式可以在任何時候加以觸發在測量時，利用人工方式可以在任何時候加以觸發或強制顯示測量數據，也可以由外部輸入脈沖充當觸發或強制顯示測量數據，也可以由外部輸入脈沖充當觸發信號。信號。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 邏輯分析儀還提供了一些由多個條件組合而成的高級觸發邏輯分析儀還提供了一些由多個條件組合而成的高級觸發方式，如序列觸發、限定觸發、計數觸發等。方式，如序列觸發、限定觸發、計數觸發等。(1) 序列觸發序列觸發序列觸發是為了檢測復雜分支程序而設計的一種重要觸發序列觸發是為了檢測復雜分支程序而設計的一種重要觸發方式。它由多個觸發字按預先確方式。它由多個觸發

19、字按預先確定的順序排列，只有當被測試定的順序排列，只有當被測試的程序按觸發字的先后次序出現時，才能產生一次觸發。的程序按觸發字的先后次序出現時，才能產生一次觸發。(2) 限定觸發限定觸發限定觸發是對設置的觸發字加限定條件的觸發方式。如有限定觸發是對設置的觸發字加限定條件的觸發方式。如有時選定的觸發字在數據流中出現較為頻繁，為了有選擇地捕捉、時選定的觸發字在數據流中出現較為頻繁，為了有選擇地捕捉、存儲和顯示特定的數據流，可以附加一些約束條件。這樣存儲和顯示特定的數據流，可以附加一些約束條件。這樣，只，只要數據流中未出現這些條件，即使觸發字頻繁出現，也不能進要數據流中未出現這些條件，即使觸發字頻繁

20、出現，也不能進行有效的觸發。行有效的觸發。 第第7 7章章 數據域測量數據域測量 (3) 計數觸發計數觸發在較復雜的軟件系統中常有嵌套循環，為此可用在較復雜的軟件系統中常有嵌套循環，為此可用計數觸發對循環進行跟蹤。當觸發字出現計數觸發對循環進行跟蹤。當觸發字出現的次數達到的次數達到預置值時才產生觸發。預置值時才產生觸發。 第第7 7章章 數據域測量數據域測量 3. 數據存儲數據存儲 為了將多個測試點多個時刻的信息變化記錄下來，為了將多個測試點多個時刻的信息變化記錄下來，邏輯分析儀設置有一定容量的存儲器，以便顯示分析邏輯分析儀設置有一定容量的存儲器，以便顯示分析重復性的數據和單次出現的隨機數據流

21、。重復性的數據和單次出現的隨機數據流。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 4. 數據顯示數據顯示(1) 狀態表顯示狀態表顯示所謂狀態表顯示，就是將數據信息用所謂狀態表顯示，就是將數據信息用“1”、“0”組合的邏輯狀態表的形式顯示在屏幕上。組合的邏輯狀態表的形式顯示在屏幕上。(2) 定時圖顯示定時圖顯示 定時圖顯示好像多通道示波器顯示多個波形一樣，定時圖顯示好像多通道示波器顯示多個波形一樣，將存入存儲器的數據流按邏輯電平及其時間關系顯示將存入存儲器的數據流按邏輯電平及其時間關系顯示在屏幕上，即顯示各通道波形的時序關系。為了再現在屏幕上，即顯示各通道波形的時序關系。為了再現波形，定時圖顯示要求用

22、能高的時鐘頻率來對輸入信波形，定時圖顯示要求用能高的時鐘頻率來對輸入信號進行取樣，但由于受時鐘頻率的限制，取樣點不可號進行取樣，但由于受時鐘頻率的限制，取樣點不可能無限密。能無限密。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 (3) 矢量圖顯示矢量圖顯示 圖中顯示程序的執行情況，被監測的是微機系統圖中顯示程序的執行情況，被監測的是微機系統的地址總線，的地址總線，X軸是程序的執行順序，軸是程序的執行順序，Y軸是呈現在地軸是呈現在地址線上的地址。址線上的地址。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 (4) 映射圖顯示映射圖顯示映射圖顯示可以觀察系統運行全貌的動態情況，映射圖顯示可以觀察系統運行全貌的動態情

23、況，它是用一系列光點表示一個數據流。如果用邏輯分析它是用一系列光點表示一個數據流。如果用邏輯分析儀觀察微機的地址總線，則每個光點是程序運行中一儀觀察微機的地址總線，則每個光點是程序運行中一個地址的映射。下圖表示某程序運行時的映射圖。個地址的映射。下圖表示某程序運行時的映射圖。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 (5) 分解模塊顯示分解模塊顯示高層次的邏輯分析儀可設置多個顯示模式。如將高層次的邏輯分析儀可設置多個顯示模式。如將一個屏幕分成兩個窗口顯示，上窗口顯示該處理器在一個屏幕分成兩個窗口顯示，上窗口顯示該處理器在同一時刻的定時圖；下窗口顯示經反匯編后的微處理同一時刻的定時圖；下窗口顯示經反

24、匯編后的微處理器的匯編語言源程序。由于上、下兩個窗口的圖形在器的匯編語言源程序。由于上、下兩個窗口的圖形在時間上是相關的，因而對電路的定時和程序的執行可時間上是相關的，因而對電路的定時和程序的執行可同時進行觀察，軟、硬件可同時調試。同時進行觀察，軟、硬件可同時調試。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 9.3.5 邏輯分析儀的主要技術指標及功能邏輯分析儀的主要技術指標及功能衡量邏輯分析儀的技術指標和功能項有許多，但主要衡量邏輯分析儀的技術指標和功能項有許多，但主要有如下幾項。有如下幾項。1. 輸入通道數輸入通道數 通道數的多少是邏輯分析儀的重要指標之一。通道數的多少是邏輯分析儀的重要指標之一。

25、 2. 時鐘頻率時鐘頻率對于定時分析來說，時鐘頻率的高低是一個非常對于定時分析來說，時鐘頻率的高低是一個非常重要的指標。取樣速率的高低對數據采集的結果有著重要的指標。取樣速率的高低對數據采集的結果有著十分重要的影響，同一輸入信號在不同的取樣速率下十分重要的影響，同一輸入信號在不同的取樣速率下可能有著不同的輸出結果可能有著不同的輸出結果。 第第7 7章章 數據域測量數據域測量 不同取樣速率下的不同輸出第第7 7章章 數據域測量數據域測量 3. 存儲容量存儲容量存儲、顯示所采集的輸入數據，邏輯分析儀都具存儲、顯示所采集的輸入數據，邏輯分析儀都具有高速隨機存儲器有高速隨機存儲器RAM，其總的內存容，

26、其總的內存容量可以表示為量可以表示為NM，其中，其中N為通道數，為通道數，M為每個通道的容量。為每個通道的容量。 4. 觸發功能觸發功能 觸發功能是評價邏輯分析儀水平的重要指標，只觸發功能是評價邏輯分析儀水平的重要指標，只有具有靈活、方便、準確的觸發功能，它才有具有靈活、方便、準確的觸發功能，它才能在很長能在很長的數據流中，對人們感興趣的那部分信息進行準確的的數據流中，對人們感興趣的那部分信息進行準確的定位、捕獲和分析。定位、捕獲和分析。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 5. 顯示方式顯示方式隨著微處理器成為現代邏輯分析儀的核心，使得隨著微處理器成為現代邏輯分析儀的核心，使得顯示方式多種多

27、樣。顯示方式多種多樣。如今，邏輯分析儀大都具有如今，邏輯分析儀大都具有各種進制的顯示各種進制的顯示、ASCII碼顯示碼顯示、各種光標顯示各種光標顯示、助記符的顯示助記符的顯示、菜單菜單顯示顯示、反匯編反匯編、狀態比較表顯示狀態比較表顯示、矢量圖顯示矢量圖顯示、時序時序波形顯示波形顯示，以及以上多種方式的，以及以上多種方式的組合顯示組合顯示等。這樣多等。這樣多的顯示方式與手段就為系統的運行情況提供了很好的的顯示方式與手段就為系統的運行情況提供了很好的分析手段，給使用者帶來了很大方便。分析手段，給使用者帶來了很大方便。第第7 7章章 數據域測量數據域測量 9.3.6 邏輯分析儀的應用邏輯分析儀的應用1.微機系統軟、硬件調試微機系統軟、硬件調試圖圖9.3.6展示了一標準反匯編程序表，