本帖最后由 cedaisong 于 2014-10-28 15:48 编辑
金沙滩工作室：逻辑分析仪调试单片机、ARM、FPGA数字系统之一 -- 逻辑分析仪能干什么
逻辑分析仪调试单片机、ARM、FPGA数字信号的原理和作用.pdf
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一、逻辑分析仪的作用
我们要用逻辑分析仪分析单片机、ARM和FPGA的数字信号波形，首先使用逻辑分析仪抓出来这些引脚输出的波形。如何使用逻辑分析仪抓波形将会在后续介绍，这节课先让大家了解一下逻辑分析仪可以哪些强大的测量功能。
1、测量脉冲宽度、PWM占空比、信号频率
有的时候，我们想看看我们的单片机输出的脉冲宽度是多少，抓到波形后，逻辑分析仪的软件一般有两种方式可以实现对脉宽的测量。
方式一：把鼠标放在波形处，直接通过信息栏读出。如下图所示，鼠标放在波形的高脉冲部分，在右侧的信息栏就显示高脉冲宽度：1.005005ms，高低脉冲一个周期宽度：2.0089ms，占空比：50.0276%，频率：497.78
方式二：使用时间标签进行一段波形的时间宽度，通过时间宽度计算得出脉冲宽度、占空比、频率等信息。使用时间标签的优势是可以一次性测量很多脉冲的总时间宽度，如下图所示。通过鼠标点击右侧的T1、T2、T3时间标签，可以直接放到波形上，右侧会直接显示T1、T2、T3时间标签当前所在位置的时刻，以及他们之间的时间差值。T1-T2的时间差值是：2.0089ms，T2-T3的时间差值是：4.01672ms，T1-T3的时间差值是：6.02562ms。
通过逻辑分析仪是不是可以显而易见的把MCU的引脚波形信息观察出来，当然，这些如果使用示波器也都可以测量，不过逻辑分析仪可以测量更长时间，下面来一个绝大多数示波器做不到的功能讲解。
2、标准协议解码器
逻辑分析仪一个重要的功能就是协议数据解析。我们刚才测脉宽、占空比那些，都是停留在原始信号位级别上，我们经常调试标准通信的帧数据和包数据，在通信过程中发现通信有故障或者问题，要查找问题的时候，这个时候逻辑分析仪就派上大用场了。比如我们调试串口通信，如果用示波器一般只能显示出波形来，要自己根据波形一个一个计算，而且如果一次收发很多个字节，要一个一个写下来可累死了，这个时候逻辑分析仪的优势就体现出来了，如下图波形解析数据所示。这是一个9600波特率的串口通信数据帧，直接将十六进制显示出来，这样就可以通过数据判断，自己发送数据和接收数据哪里出的问题。
简单解释一下，串口通信左边是低位，右边高位，1位起始位，8位数据位，1位停止位。大家可以在波形上看出，带白点的位置都是数据位，不带白点的要么是起始位，要么是停止位，或者是字节中间的时间间隙，你还需要趴在示波器面前一位一位的数吗？
再来看看IIC的数据解析波形，绿点表示起始位，红点表示结束位，0x90是器件地址，后续为数据，有了逻辑分析仪，读写EEPROM还用愁吗？
最后看看SPI协议数据波形，通道0和通道1分别是MISO和MOSI，通道2是CLK，通道3是EABLE，数据直接可以得出，SPI通信读写了什么数据，一目了然，对于调试程序，解密数据是不是很有用呢？
如果你觉得上边图形显示数据是经典之作，那下边的就是神来之笔，如下图，可以直接把波形上抓到的所有的十六进制数据导出，以表格的形式显示在我们面前，对于大数据帧，非常方便。当前的时间，数据包，数据等信息，一目了然。
截止到2014年10月，jiankun逻辑分析仪LAX016系列的可以支持10种协议，后续软件上协议也会不断添加，当前支持的协议种类有：UART(232/485/422)、I2C、SPI、CAN、DMX512、I2S/PCM、Manchester、1-Wire、Simple Parallel、UNI/O。后续我们会陆续添加一些协议解码器插件，除此之外，你如果会C++语言，熟悉VS2010软件，我们也提供了二次开发协议插件的说明文档和接口，你可以根据说明书自己做协议插件。SDK的下载地址是：http://www.kingst.org/download?fl=JkiAnalyzerSDK.zip
3、原始数据导出
有时候测量的是标准协议，但是有时候测量的是大量的原始波形，这些波形数据可以导出提供给一些第三方软件进行计算，比如matlab，当然也可以通过这个数据查找波形变化在哪一时刻。任何一个通道发生变化就保存一次当前时刻以及所有通道的状态值
4、PWM方波发生器
在某些场合我们需要一个方波发生器的时候，像我们的LAX016系列逻辑分析仪就自带了两路PWM信号发生器，我们可以通过设置让他输出方波信号，方便我们调试一些程序功能。
5、扩展功能
逻辑分析仪采集到的是原始波形，至于想要什么功能，可以根据波形自己来改进上位机软件就可以了，因此功能可扩展性很强，比如后续增加脉冲计数器，频率计等功能，都是可以的。
二、什么是逻辑分析仪
1、基础知识
逻辑分析仪是利用时钟从测试设备上采集和显示数字信号的仪器，最主要作用在于时序判定和分析。逻辑分析仪不像示波器那样有许多电压等级，而是只显示两个电压（逻辑1和0）。设定了参考电压后，逻辑分析仪将被测信号通过比较器进行判定，高于参考电压者为逻辑1，低于参考电压者为逻辑0，在1与0之间形成数字波形。在针对单片机、ARM、FPGA、DSP等数字系统的测量测试时，相比于示波器，逻辑分析仪可以提供更佳的时序精确度、更复杂的逻辑分析手段以及大得多的数据采集量。
例如：一个待测信号使用1MHz采样率的逻辑分析仪进行采样，当参考电压设定为1.5V时，逻辑分析仪每隔1us将当前电压与1.5V相比较，超过1.5V判定为高电平（逻辑1），低于1.5V判定为低电平（逻辑0），从而生成一个采样点，然后将所采集到的采样点（逻辑1和0）用直线连接成一个波形，用户便可以从中观察和分析实际信号的时序、逻辑错误、相互关系等等。
逻辑分析仪采样原理示意图如下：
三、逻辑分析仪参数介绍
1、采样频率：每秒采集信号的次数
逻辑分析仪的采样率可以理解成时间分辨率分之一。比如用1M的采样率，那时间分辨率就是1us，用500M采样率的时间分辨率就是2ns。通常情况下，逻辑分析仪的采样率是信号频率的5倍以上才能正常还原信号，要10倍以上才能比较好的还原信号。
逻辑分析仪的采样原理前边讲过了，那么用10M采样率采集1M方波的话，一个周期点10个点。而1个方波有高低脉冲两部分组成，所以一个脉冲采样的点数是5次，因此这个脉冲宽度所存在的最大脉宽误差就是20%，实际脉冲宽度 = 测量脉冲宽度*(0.8~1.2)，这个都是有可能的。这里就可以看出，采样率越高，脉冲宽度误差就越小，测量精度就越高，用100M采样1M的话，脉冲宽度误差就是2%了。不过即使脉冲宽度有误差，也关系不大，因为逻辑分析仪的用途，往往是看时序，对脉冲宽度那点误差，大多情况下是可以忽略，只是大家要明白这个脉宽误差是必然存在的。
因此我们在购买逻辑分析仪以及使用逻辑分析仪的时候，首先要选的第一个指标就是采样率。如果采集9600波特率的UART通信，1M的采样率就可以采集的十分精准，但是如果采集STM32F103的18M的SPI通信，需要最低是100M采样率的分析仪，并且脉宽误差还会比较大，如果希望观察到的波形精度高一些就得选用200M采样率或者500M采样率的分析仪。
2、存储深度：保存所采集到的点的个数
刚才讲采样率1M的话，也就是说1秒钟可以采集1M个点，这些点就保存在了我们的存储器中，一共可以保存多少个呢？这个参数就是我们的存储深度。换个角度讲，采样率决定了采样精度，而采样率固定的情况下，存储深度决定了可以存储的信号的时间。存储时间=存储深度/采样率。
3、健坤逻辑分析仪产品参数
本系列产品包含LA1016、LA2016、LA5016三款产品：
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