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中职 电子测量仪器（第4版）项目十六电子课件 （高教版）项目十六 逻辑分析仪知识链接一 数据域测量的基本概念知识链接二 逻辑分析仪的组成和工作原知识链接三 逻辑分析仪的显示方式知识目标知识目标理解数据域测量的基本概念；理解逻辑分析仪的组成和工作原理；能力目标能力目标掌握逻辑分析仪的使用方法；理解逻辑分析仪的应用。数字系统具有以下主要特点：（1）数字信号通常是按时序传递的；（2）信号几乎都是多位传输的；（3）信息的传递方式是多种多样的；（4）数字信号的速度变化范围很宽；（5）信号往往是单次的或非周期性的；（6）数字系统故障判别与模拟系统不同。知识链接一知识链接一 数据域测量的基本概念数据域测量的基本概念 时域分析是以时间为自变量，以被测信号（电压、电流、功率）为因变量进行分析。例如示波器可用来观察信号随时间的变化，它是典型的时域分析仪器。频域分析是在频域内描述信号的特征。例如频谱分析仪是以频率为自变量，以各频率分量的信号值为因变量进行分析的仪器。数据域分析是研究以离散时间或事件为自变量的数据流。数字逻辑电路是以二进制数字的方式来表示信息。由于晶体管“导通”和“截止”可以分别输出高电平或低电平，分别规定它们表示不同的“1”和“0”数字。在每一时刻，多位0、1数字的组合（二进制码）称为一个数据字。数据字随时间的变化按一定的时序关系形成了数字系统的数据流。图16-1 时域、频域、数据域分析的比较一、数据流的特征一、数据流的特征（1）数据位格式 数字信号发生器产生的数字信号有以下几种数据位格式：不归零（NRZ，not return to zero）格式 对一个时钟周期而言，用一个稳定的电平来表示一个数据位。如图16-2a，用高电平表示“1”，低电平表示“0”。归零（RZ，return to zero）格式 在一个数据位“1”之后立即返回到“0”，如图16-2b，用一个时钟脉冲表示“1”。这种数据方式可用来产生一种开关时钟信号。归一（R1，return to one）格式 在一个数据位“0”之后立即返回到“1”，如图16-2c。这种数据方式与RZ格式对应。返回到互补（RC，return to complement）格式 数据位“1”返回到“0”，数据位“0”返回到“1”，如图16-2d。这种数据方式提供了一种与数据平均值（0V）无关的数据流，如数据通道不能传输直流电平，可选择这种数据位格式。图16-2 数字信号的数据位格式（2）数据序列数据序列指数据流的序列，它由序列器控制。一般数字信号发生器可产生如图16-3的三种主要的数据序列。图16-3数字信号发生器的数据序列（3）伪随机序列数字信号发生器能提供一个伪随机二进制序列（PRBS，Pseudo-Random Binary Sequence）。PRBS数据流是一种确定的、周期非常长的数据位序列。对被测系统而言在其周期内是一个电平高和低的位随机串，PRBS的随机特性取决于周期的长度，即周期越长，随机特性越好。（4）数字信号发生器的组成数字信号发生器由主机和多个模块组成，如图16-4所示。主机包括机箱、中央处理单元、电源、信号处理单元（时钟和启动/停止信号发生器）和人机接口。图16-4数字信号发生器的原理框图思考与练习思考与练习1简述数字信号发生器的组成。知识链接二知识链接二 逻辑分析仪的组成和逻辑分析仪的组成和工作原理工作原理逻辑分析仪（Logic Analyzer）是一种具有多路输入，能存储数字数据并将测量结果以多种方式显示的测试仪器。逻辑分析仪是研究、测试数字电路的重要工具。由于它仍然以荧光屏显示的方式给出测试结果，所以也称为逻辑示波器。逻辑分析仪主要分为两大类：逻辑定时分析仪（Logic Timing Analyzer）逻辑状态分析仪（Logic State Analyzer）一、逻辑分析仪的基本组成一、逻辑分析仪的基本组成逻辑分析仪的基本组成如图16-5。包括如下部分：（1）触发识别；（2）数据获取；（3）数据存储；（4）数据显示。图16-5 逻辑分析仪的基本组成 被测信号经过多通道数据采集探头形成并行数据，送至内部比较器对输入波形进行整形。输入信号在比较器中与外部设定的门限电平进行比较，大于门限电平值的信号在相应的线上输出高电平，反之，输出低电平。经过比较、整形后的信号送至内部采样器，在时钟脉冲控制下进行采样。被采样的信号按顺序存储在存储器中。由于相对于数据流来说存储器容量有限，采样信息以“先进先出”的原则组织在存储器中，假设存储器已存满数据，但尚未得到显示命令，存储器将自动地舍弃旧数据，装入新数据。得到显示命令，则按照先后顺序逐一读出信息，在显示器中形成X、Y、Z三个轴向的模拟信号，由CRT屏幕按设定的显示方式进行被测量的显示。二、逻辑分析仪的工作原理二、逻辑分析仪的工作原理（1）数据获取 逻辑分析仪的数据输入通道数一般为8至64个，有的甚至更多。为了不影响被测点的电位，每个通道都由高阻抗的探头接入被测点。每个通道的输入信号，经过门限电平比较电路，将被测信号整形成逻辑高、低电平信号。通常门限电平取被测系统逻辑1、逻辑0分别对应的高电平、低电平的平均值。例如，对于TTL器件，其门限电平取为+1.4V。逻辑分析仪的取样时钟有两种:同步时钟异步时钟图16-6异步时钟取样（2）触发识别逻辑分析仪的触发事件可以在一个特定的时钟周期启动或停止数据采集；也就是说逻辑分析仪既可以显示触发事件后的数据，也可以显示触发事件前的数据。触发事件提供了采集数据的一个参考点。触发事件是由逻辑分析仪的字识别器电路来检测的。字识别器允许使用者指定触发事件的类型，如可以指定信号的上升沿或下降沿（单信号输入），也可以指定多个并行通道的高低电平的组合。字识别器由一系列可编程的与门组成，每个与门的一路输入是数据通道，另一路用于输入可编程的字识别程序的值。字识别器把每个采集到的数据同触发字相比较，一旦匹配，逻辑分析仪立即停止数据采集并显示结果。逻辑分析仪设有组合触发、延迟触发、限定触发、序列触发、计数触发、“毛刺”触发等多种触发方式：组合触发操作者通过逻辑分析仪面板上的“触发字选择”开关，预置特定的触发字，将被测系统的数据字与预置特定的触发字进行比较，当二者符合时产生一次触发。图16-7组合触发逻辑波形图延迟触发在故障诊断中，常希望既能观察触发点前的信息，又能观察触发点后的信息，可设置一个延迟门，当捕获到触发字后，延迟一段时间后再停止数据的采集，则存储器中存储的数据包括了触发点前后的数据。当延迟后关闭数据采集时，存储器中数据的第一个字刚好是原设定的触发字，则存储器中存储的数据全部是捕获触发字后的数据，这种情况称为始端触发。一般若控制延迟数刚好等于存储容量的一半，可使触发字位于中间，这种特殊情况称为中心触发。限定触发 限定触发是对设置的触发字加限定条件的触发方式。有时设定的触发字在数据流中出现较为频繁，为了有选择地存储和显示特定的数据流，逻辑分析仪中增加一些附加通道作为约束来选择所设置的触发条件。序列触发序列触发是指当采样数据与某一预先设定的字序列（由多个字组成）相符后才产生触发，它是为了检测复杂分支程序而设计的一种重要触发方式。计数触发计数触发是对符合的次数进行计数，达到预置的计数值时才产生触发。“毛刺”触发 “毛刺”触发是利用滤波器从信号中取出一定宽度的干扰脉冲作为触发信号，可以在存储器中存储毛刺出现前后的数据流，以利于观察和寻找由于外界干扰而引起的数字电路误动作的情况和原因，它是定时分析仪的重要触发方式。思考与练习思考与练习2简述逻辑分析仪的基本工作原理。知识链接三知识链接三 逻辑分析仪的显示方式逻辑分析仪的显示方式逻辑分析仪将被测数据信号以数据的形式不断的写入存储器，在触发信号到来之前，不断的捕获和存储数据，一旦触发信号到来，逻辑分析仪立即转入显示阶段。一般逻辑分析仪都采用CRT显示。逻辑分析仪最常见的显示方式有以下几种：定时图显示状态表显示图像显示 映射显示定时图显示 定时图显示是以逻辑电平表示的波形图的形式将存储器中的内容显示在CRT屏幕上，显示的是一串经过整形后类似方波的波形，高电平代表“1”，低电平代表“0”。图16-8 定时图显示状态表显示状态表显示是以各种数制如二进制、八进制、十进制或十六进制的形式将存储器中的内容显示在CRT屏幕上 图16-9 状态表显示 图像显示 图像显示是将CRT屏幕的X方向作为时间轴，将Y方向作为数据轴进行显示的一种方式。将欲显示的数字量通过DAC变换器转变成模拟量，将此模拟量按照存储器中取出数字量的先后顺序显示在CRT屏幕上，形成一个图像的点阵。图16-10 BCD计算器图像显示映射显示 映射显示是将存储器中的全部内容以点图形式一次显示出来。它将每个存储器字分为高位和低位两部分，分别经X，Y方向DAC变换器变换为模拟量，送入CRT的X与Y通道，则每个存储器字点亮屏幕上的一个点。图16-11 映射显示图16-12 程序存储与映射图对照思考与练习思考与练习3逻辑分析仪的显示方式有哪几种？