《电子测量技术与仪器 教学课件 ppt 作者 康秀强 项目九 数据域测量与仪器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子测量技术与仪器 教学课件 ppt 作者 康秀强 项目九 数据域测量与仪器（60页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、项目九 数据域测量与仪器 数据域测量就是对数据流的测量，它面向的测量对象是数字逻辑电路。传统时域测量仪器对模拟电路与系统的测试是行之有效的，但对于复杂数字电路与系统的测试却又一定的难度，用于数据域测试仪器和设备主要包括万用表和数字电压表、逻辑笔和逻辑夹、逻辑分析仪、逻辑脉冲发生器和示波器等。,模块1 逻辑笔的使用 一、教学目标 终极目标：能够熟练使用逻辑笔对数字电路进行调试、测量。 促成目标： 1）能懂得逻辑笔测量的基本原理。 2）能知道逻辑笔的基本组成。 3）会逻辑笔的正确使用。 4）会用逻辑笔测量数字电路及排故。 二、工作任务 用逻辑笔测量抢答器电路的逻辑状态。,三、相关实践知识LP系列逻
2、辑笔的介绍 1LP系列逻辑笔的使用 逻辑笔是采用不同颜色的指示灯来表示数字电平的高低的仪器，使用逻辑笔可快速测量出数字电路中有故障的芯片，特别适合测试一般门电路和触发器的逻辑关系。逻辑笔的型号规格较多，图9-1为LP系列逻辑笔的外形结构图，由于其外形小巧，可方便用于数字电路的测量和排故。 图9-1 LP系列逻辑笔的外形结构图,LP系列逻辑笔具有识别被测信号状态的功能，它能分辨出被测信号的高阻抗状态（悬空状态）。当LED指示灯发出红色表示被测信号是高电平，蓝色表示是低电平，而绿色则表示被测点处于高阻抗状态。在高电平时蜂鸣器发出中音，低电平时蜂鸣器发出低音，而高阻抗状态时蜂鸣器是静默的。其LED指
3、示/电平信号状态见表9-1，蜂鸣器声音/电平信号状态见表9-2。 表9-1 LP系列逻辑笔LED指示/电平信号状态表,表9-2 LP系列逻辑笔蜂鸣器声音/电平信号状态表 LP系列逻辑笔可用于测量TTL电平的逻辑和脉冲信号，其测量带宽达到200MHz，并以10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、100kHz、1MHz、10MHz、100MHz为分界指示出被测信号的频率，其独特的九段频率声光指示器清晰易记、非常实用。表9-3为LP系列逻辑笔LED状态指示/信号频率指示表，表9-4为LP系列逻辑笔蜂鸣器声音/信号频率指示表。,表9-3 LP系列逻辑笔LED状态指示/信号频率指示表 表9-4 LP
4、系列逻辑笔蜂鸣器声音/信号频率指示表,LP系列逻辑笔主要性能指标 1）输入信号电路：TTL/CMOS电路。 2）输入电压范围：0.56.0V。 3）输入频率范围：0200MHz（LP-200）。 4）最小脉冲宽度：2.5ns（LP-200）。 5）输入阻抗：100k/10pF。 6）最高输入电压：60V。 7）输入信号接口：标准0.64mm插孔，可选装防颤测试探头和各种测试夹具。 8）LED指示灯：三种颜色，三种闪烁速率，闪动表示有脉冲信号（九档频率指示），恒亮 表示无脉冲信号（三档状态指示）。,9）蜂鸣器：三种音调，三种通断速率，断续鸣响表示有脉冲信号（九档频率指示），持 续鸣响表示无脉冲信
5、号（三档状态指示）。 10）操作电源：DC416V/100mA。 11）外形体积：47mm14mm19mm（长宽高）。 12） 保护性能：输入端子可耐受8000V静电冲击和60V电源冲击，电源端子可耐受2000V 静电冲击和20V电源冲击，具有电源接反保护特性。 13）使用环境温度：2050。 14）使用环境湿度：99%。,四、相关理论知识逻辑笔的基本工作原理 逻辑笔具有结构简单、使用方便的特点，逻辑笔一般有两个用于指示逻辑状态的发光二极管，性能较好的还有第3个，用于指示数字电路的逻辑状态。逻辑笔的电源一般取自于被测电路。测试时，将逻辑笔的电源夹子夹到被测电路的任一电源点，另一个夹子夹到被测电
6、路的公共接地端。逻辑笔与被测电路的连接除了可以为逻辑笔提供接地外，还能改善电路灵敏度及提高被测电路的抗干扰能力。 逻辑笔的组成与工作原理是多种多样，有用逻辑笔专用电路制作的，有用数字集成电路制作的。下面介绍的简易三态逻辑笔，专门用于测定逻辑电路的输出状态，更加方便仪器故障的诊断和维修。其电路原理图如图9-2 所示。,图9-2 逻辑笔的电路原理图,所谓输出三态，即数字电路输出有三种状态，即高电平（与正电源相连）状态，低电平（与地相连）状态，高阻（不与任何支路相连，相当于悬空状态）状态。在图9-2中，设输入电压大于3.5V时为高电平，小于1.2V为低电平，当输入悬空时为第三态。 1）当输入电压大于
7、3.5V时，U1A的1脚、U1B的7脚为低电平U2A的2脚、U2B的4脚为高电平U3A的1脚为低电平，红色发光管VD1点亮；U3B的5脚为低电平、U3B的6脚为低电平U3B的4脚为高电平，蓝色发光管VD2不亮；U2C的6脚为高电平U3C的9脚为高电平，U3C的8脚为低电平U3C的10脚为高电平，绿色发光管VD3不亮。,2）当输入电压小于1.2V时，U1A的1脚、U1B的7脚为高电平U2A的2脚、U2B的4脚为低电平U3A的1脚为高电平，红色发光管VD1不亮；U3B的5脚为高电平、U3B的6脚为高电平U3B的4脚为低电平，蓝色发光管VD2点亮；U2C的6脚为低电平U3C的9脚为低电平，U3C的8
8、脚为高电平U3C的10脚为高电平，绿色发光管VD3不亮。 3）当输入为悬空时，U1A的1脚为高电平，U1B的7脚为低电平U2A的2脚为低电平、U2B的4脚为高电平U3A的1脚为高电平，红色发光管VD1不亮；U3B的5脚为高电平、U3B的6脚为低电平U3B的4脚为高电平，蓝色发光管VD2不亮；U2C的5脚为低电平U2C的6脚为高电平U3C的9脚为高电平, U3C的8脚为高电平U3C的10脚为低电平，绿色发光管VD3点亮。,模块2 逻辑分析仪的使用 一、教学目标 终极目标：能够使用逻辑分析仪测量、分析比较复杂的数字电路。 促成目标： 1）能懂得逻辑分析仪的基本原理和工作方式。 2）知道逻辑分析仪的
9、作用 3）会逻辑分析仪的正确使用。 二、工作任务 用逻辑分析仪分析抢答器电路。,三、相关实践知识 一般来说，逻辑分析仪能看到比示波器更多的信号线，对于观察总线上的定时关系或数据，例如微处理器地址、数据或控制总线时，逻辑分析仪是特别有用的。逻辑分析仪能够解码微处理器的总线信息，并以有意义的形式显示。当您通过了参数设计阶段，开始关注许多信号间的定时关系和需要在逻辑高、低电平码型上触发时，逻辑分析仪就是正确的测试工具。其外形如图9-3所示。 图9-3 逻辑分析仪外形,（一）逻辑分析仪的作用 逻辑分析仪包括逻辑状态分析仪和逻辑定时分析仪。逻辑定时分析仪以时域波形的形式显示被测信号，由自身提供采集数据的
10、时钟脉冲，主要用于硬件分析。逻辑状态分析仪以二进制、十六进制或ASC码等的状态显示被测逻辑状态，由被测系统提供采集数据的时钟脉冲，侧重于软件分析。 大多数逻辑分析仪实际是合二而一的分析仪，一般都具有逻辑状态分析仪和逻辑定时分析仪所具备的功能，已被广泛应用于数字集成电路、印制板系统、微处理器系统等数字系统的硬件、软件测试中。,1定时分析作用 定时分析是逻辑分析仪中类似示波器的部分，与示波器显示信息的方式相同，水平轴代表时间，垂直轴代表电压幅度。定时分析首先对输入波形的采样，然后使用用户定义的电压阈值，确定信号的高低电平，定时分析只能确定波形是高还是低，不存在中间电平。所以定时分析就像一台只有1
11、位垂直分辨率的数字示波器，图9-4所示为逻辑分析仪定时分析图。定时分析仪趋向于把各种信号拉成 方波，这似乎会影响到它的可用性，但如果需要同时观察几条甚至几百条信号线以验证信号间的定时关系，那么定时分析仪就是正确选择。但是，定时分析并不能用于测试参量，如果你用定时分析测量信号的上升时间，那你就用错了仪器。如果定时分析前一次采样的信号是一种状态，这一次采样的信号是另一种状态，那么它就知道在两次采样之间的某个时刻输入信号发生了跳变，但是，定时分析却不知道精确的时刻。,图9-4 逻辑分析仪定时分析图,2跳变定时作用 如果我们要对一个长时间没有变化的采样并保存数据，跳变定时能有效地利用存储器。如图9-5
12、所示为使用跳变定时采样示意图，要捕获带有数据突发的输入线上的数据时，我们必须把采样率调到高分辨率(例如4ns)，以捕获开始处的快速脉冲。这意味着具有4KB（4096bytes）存储器的定时分析仪在16.4ms后将存满数据而停止采集数据，并不能捕获到第二个数据突发。,在通常的调试工作中，我们采样和保存了长时间没有活动的数据，它们使用了逻辑分析仪存储器，却不能提供更多的信息。如果我们知道跳变何时产生，是正跳变还是负跳变，就能够解决这一问题，这一信息是有效使用存储器的跳变定时基础。为实现跳变定时，我们可在定时分析仪和计数器的输入处使用“跳变探测器”。现在定时分析仪只保存跳变前的那些样本，以及两个跳变
13、之间的时间间隔。采用这种方法，每一跳变就只需使用少数存储器位置，输入无变动时就完全不占用存储器位置。在图9-5中，根据每一突发中存在多少脉冲数，使用跳变定时，现在能捕获到第二、第三、第四和第五个突发。并同时保持达到4ns的高定时分辨率。,图9-5 使用跳变定时采样示意图,3毛刺捕获作用 在定时分析中，毛刺的定义是：采样时穿越逻辑阈值多次的任何跳变。毛刺捕获是一种很有用的功能，能够提供毛刺触发和显示前的数据，从而帮助我们确定毛刺产生的原因。数字系统中毛刺是令人头疼的问题，逻辑分析仪具有毛刺捕获和触发能力，可以很容易的跟踪难以预料的毛刺。逻辑分析仪可以对输入数据进行有效地采样，跟踪采样时产生的任何
14、跳变，从而容易识别毛刺。图9-6为译码电路输出毛刺捕获示意图，图9-6b所示译码电路输出定时图中Y3、Y5带有毛刺。,a） 译码电路的测试图 b） 译码电路输出定时图 图9-6 译码电路输出毛刺捕获示意图,4状态分析作用 一个逻辑电路的“状态”是指数据有效时，对总线或信号线采样的样本。例如，一个简单的D触发器输入端的数据直到时钟正沿到来时才有效。这样，触发器的状态就是正时钟沿到来时的状态。现在，假定有8个这样的触发器并联。所有8个触发器都连到同样的时钟信号上。当时钟线上产生正跳变时，所有8个触发器都要捕获各自D输入的数据。这样，每当时钟线上正跳变时就产生一个状态，这8条线类似于微处理器总线。如
15、果把状态分析仪连接到这8条线上，并告诉它在时钟线正跳变时收集数据，状态分析仪将照此执行。除非时钟跳到高电平，否则输入的任何活动将不被状态分析仪捕获。,定时分析与状态分析的主要区别是：定时分析由内部时钟控制采样，采样与被测系统是异步的；状态分析由被测系统时钟控制采样，采样与被测系统是同步的。用定时分析查看事件“什么时候”发生，用状态分析检查发生了“什么”事件。定时分析通常用波形显示数据，状态分析通常用列表显示数据。,5软件测试分析 逻辑分析仪也可用于软件的跟踪调试，发现软硬件故障，而且通过对软件各模块的监测与效率分析还有助于软件的改进。例如，假定有一个计算给定数平方的汇编例程，如果该例程不能正确计算平方，要求逻辑分析仪捕获这一例程。具体做法是先让逻辑分析仪寻找该例程的起点，当它找到起始地址时，再寻找终止地址，并保存两者之间的所有信息。这样就很容易分析该例程为什么不能正确计算平方，找出错误点。 图9-7所示为分支程序的跟踪测试示意图，采用序列触发，当出现03F2地址时，触发条件成立，逻辑分析仪可以捕获触发前主程序（通路A）及分支程序（通路B）的运行情况。,（二）逻辑分析仪的主要技术性能分析 （1）通道数 要对一个系统进行全面地分析，就应当把所有观测的信号全部引入逻辑分析仪当中，这样逻辑分析仪的通道数至少应该包含：被测系统的字长（数字总线数）、被测系统的控制总线数、
