20.1  萬(wàn)用表

　　20.1.1 什么是萬(wàn)用表

　　萬(wàn)用表，也稱作多用表、復(fù)用表等，是電子工程師最基本也最不可或缺的測(cè)量工具。它的基本功能包括：測(cè)量交直流電壓、交直流電流、電阻阻值，檢測(cè)二極管極性，測(cè)試電路通斷等。有些高檔一點(diǎn)的還會(huì)包含電容容值測(cè)量、三極管測(cè)試、脈沖頻率測(cè)量等。萬(wàn)用表大體可分為兩類：指針萬(wàn)用表和數(shù)字萬(wàn)用表，先來(lái)看圖認(rèn)識(shí)一下，如圖20-1所示。

圖20-1  指針萬(wàn)用表、數(shù)字萬(wàn)用表、自動(dòng)量程萬(wàn)用表

　　目前，指針萬(wàn)用表基本上已經(jīng)被淘汰了，只在某些特殊場(chǎng)合才能見(jiàn)到（比如科研和教學(xué)機(jī)構(gòu)），而數(shù)字萬(wàn)用表是當(dāng)今的絕對(duì)主流。圖中最右邊的自動(dòng)量程萬(wàn)用表也是數(shù)字萬(wàn)用表的一種，顧名思義，它能自動(dòng)切換量程，不用你自己再手動(dòng)撥動(dòng)了，但檔位（指電壓、電流、電阻等這些不同的測(cè)量項(xiàng)目）還是要手動(dòng)撥的，無(wú)疑自動(dòng)量程萬(wàn)用表更高級(jí)一點(diǎn)，用起來(lái)也更省事。所以我們下面就以手動(dòng)量程的數(shù)字萬(wàn)用表為例，來(lái)講解萬(wàn)用表的使用方法。

　　20.1.2 萬(wàn)用表的使用方法

　　要用萬(wàn)用表完成一項(xiàng)實(shí)際的測(cè)量工作，除了要有如圖20-1的萬(wàn)用表的主體機(jī)身之外，還得有兩支表筆才行，表筆通常都是一只黑色、一只紅色，如圖20-2所示。

圖20-2 萬(wàn)用表表筆、機(jī)身上的表筆插孔特寫

　　對(duì)照?qǐng)D中的表筆插孔，使用萬(wàn)用表進(jìn)行具體測(cè)量時(shí)，黑色表筆要插到標(biāo)有“COM”的黑色插孔里，而紅色表筆根據(jù)測(cè)量項(xiàng)目的不同，插到不同的插孔：測(cè)量小電流（≤200mA）信號(hào)時(shí)插到“mA”插孔，測(cè)量大電流（大于200mA）信號(hào)時(shí)插到“20A”插孔，其余測(cè)量項(xiàng)目均插到標(biāo)有“VΩ”的插孔。要特別注意進(jìn)行不同測(cè)量項(xiàng)目時(shí)千萬(wàn)不要插錯(cuò)了位置！

　　插好表筆之后還要選擇檔位和量程，靠機(jī)身中間的檔位旋鈕開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖20-3所示。

圖20-3 萬(wàn)用表檔位開(kāi)關(guān)

　　圍繞旋鈕開(kāi)關(guān)的一圈分為了多個(gè)檔位：電阻Ω、電容F、關(guān)閉OFF、三極管hFE、直流電壓V—、交流電壓V～、直流電流A—、交流電流A～、二極管、通斷。有的檔位不分量程，而有的檔位則包含多個(gè)量程，看圖即可一目了然了。下面我們介紹幾個(gè)最常用的檔位的使用方法。

　　交直流電壓：交流和直流電壓的測(cè)量方法是完全相同的，僅根據(jù)具體的被測(cè)信號(hào)選擇不同的檔位量程即可。首先在測(cè)量前對(duì)被測(cè)信號(hào)的幅值應(yīng)該有一個(gè)大概的評(píng)估，然后根據(jù)這個(gè)大概值去選擇檔位：比如照明電是220V交流，那么選擇交流電壓750V檔位(絕不能選擇低于被測(cè)信號(hào)最大值的檔位，以免損壞萬(wàn)用表)；單片機(jī)系統(tǒng)多數(shù)都在5V以下，那么選擇直流電壓20V檔位。選擇好檔位后就可以把表筆接入被測(cè)系統(tǒng)了，如果是交流電壓自然就無(wú)所謂方向了，兩支表筆的低位也就是等同的了，把它們分別接觸到兩個(gè)被測(cè)點(diǎn)上即可，如果是直流信號(hào)，那么最好是紅色表筆接電壓高的一點(diǎn)，而黑色表筆接電壓低的一點(diǎn)。有時(shí)候我們習(xí)慣上只說(shuō)某一點(diǎn)的電壓是多少多少，而不是說(shuō)哪兩點(diǎn)之間的電壓是多少，其實(shí)此時(shí)這某一點(diǎn)都是針對(duì)參考地來(lái)說(shuō)的，即該點(diǎn)和參考地之間的電壓，那么通常來(lái)說(shuō)黑表筆就是接觸到參考地上的了。

　　電阻：電阻阻值的測(cè)量很簡(jiǎn)單，先把檔位開(kāi)關(guān)打到Ω檔，如果不知道大概的阻值范圍，就選擇最大量程，然后用兩支表筆分別接觸待測(cè)電阻的兩端即可，根據(jù)屏幕顯示的數(shù)值可進(jìn)一步選擇更加合適的量程。值得一提的是，多數(shù)萬(wàn)用表進(jìn)行測(cè)量時(shí)都有一個(gè)反應(yīng)時(shí)間，慢的話需要等上幾秒才能顯示出一個(gè)穩(wěn)定的測(cè)量值，所以大家在使用的時(shí)候也不要太心急哦。

　　交直流電流：電流的測(cè)量相對(duì)復(fù)雜一點(diǎn)，因?yàn)闇y(cè)量電流將萬(wàn)用表串聯(lián)的回路中。那么首先需要我們把待測(cè)回路在某一個(gè)點(diǎn)上斷開(kāi)，把紅表筆從VΩ插孔換到mA或20A插孔中（同理根據(jù)事先大概的評(píng)估來(lái)選擇，如無(wú)把握就選擇20A孔，如實(shí)測(cè)數(shù)值很小則再換到mA孔），把檔位開(kāi)關(guān)打到mA或20A檔位上，然后用萬(wàn)用表的兩支表筆分別接觸斷點(diǎn)的兩端，也就是用表筆和萬(wàn)用表本身將斷開(kāi)的回路再連起來(lái)，這樣萬(wàn)用表就串在原來(lái)的回路中了，此時(shí)就可以在屏幕上讀到電流的測(cè)量值了。需要特別注意的一點(diǎn)是：當(dāng)每次測(cè)量完電流后，都必需把插在電流插孔上的紅表筆插回到VΩ插孔，以免其他人隨后拿去測(cè)其他信號(hào)時(shí)造成意外短路損壞被測(cè)設(shè)備或萬(wàn)用表。

　　二極管和通斷：有的萬(wàn)用表上二極管和通斷是同一個(gè)檔，有的是分開(kāi)的兩個(gè)，這從一個(gè)側(cè)面說(shuō)明它們?cè)谠砩舷嗤?。萬(wàn)用表從兩支表筆之間輸出一個(gè)很小的電流信號(hào)，通常為1mA或更小，然后測(cè)量?jī)芍П砉P之間的電壓，如果這個(gè)電壓值很小，小到幾乎為0，那就可以認(rèn)為此時(shí)兩支表筆之間是短路的，即被測(cè)物是連通的導(dǎo)線或等效阻值很小而近似通路，反之如果這個(gè)電壓值很大以致超量程了（通常屏幕會(huì)在高位顯示一個(gè)1后面是空白或者是OL之類的提示），那么就可以認(rèn)為兩支表筆之間的被測(cè)物是斷開(kāi)的或者說(shuō)絕緣的，這就是通斷功能。通常當(dāng)萬(wàn)用表檢測(cè)到短路（即“通”）時(shí)還會(huì)發(fā)出提示聲音。那么二極管呢，同樣是這個(gè)原理，如果測(cè)到的電壓值大約等于一個(gè)PN結(jié)的正向?qū)妷海ü韫?.5~0.7V、鍺管0.2~0.3V），那么說(shuō)明此時(shí)與紅表筆接觸的就是二極管的陽(yáng)極，黑表筆接觸的是陰極，反之如果顯示超量程那么說(shuō)明二極管接反了，你需要再反過(guò)來(lái)再測(cè)，如果正反電壓都很小，或者都很大，那么說(shuō)明二極管可能是壞了。

　　介紹完了萬(wàn)用表最常用的功能和使用方法，那么再來(lái)看它在我們單片機(jī)開(kāi)發(fā)中能起到什么作用的。當(dāng)你自己辛辛苦苦搭建好了一套單片機(jī)系統(tǒng)，滿懷期待的上電，而她卻很不給面子的罷工時(shí)，該怎么辦呢？首先就要檢查電源是否正常：用萬(wàn)用表的直流電壓檔測(cè)量單片機(jī)的供電電源，看是否是在5V左右（以5V單片機(jī)系統(tǒng)為例，其它電壓的系統(tǒng)請(qǐng)對(duì)號(hào)入座），以先確定作為整個(gè)系統(tǒng)基礎(chǔ)的電源是否有故障。然后再檢查復(fù)位信號(hào)電壓是否正常、其它控制信號(hào)電壓是否正常等。一步步查找，一步步排除問(wèn)題，再查找排除問(wèn)題的過(guò)程中，通斷功能就是一個(gè)很好的幫手，它可以告訴你電路板的哪條線路是通的，哪條線路沒(méi)通上，或是哪條線路對(duì)地或?qū)ζ渌€路短路了等等。而其它的電阻、電流、頻率等也都各有用處，只是不想電壓和通斷如此常用，就不再贅述了，大家在實(shí)踐中慢慢體會(huì)吧。

　　20.2  示波器

　　20.2.1 什么是示波器

　　示波器，“人”如其名，就是顯示波形的機(jī)器，它還被譽(yù)為“電子工程師的眼睛”。它的核心功能就是為了把被測(cè)信號(hào)的實(shí)際波形顯示在屏幕上，以供工程師查找定位問(wèn)題或評(píng)估系統(tǒng)性能等等。它的發(fā)展同樣經(jīng)歷了模擬和數(shù)字兩個(gè)時(shí)代，還是先來(lái)看圖認(rèn)識(shí)一下，如圖20-4所示。

圖20-4 模擬示波器、數(shù)字示波器、示波器探頭

　　目前，模擬示波器也基本上被淘汰了，現(xiàn)在是數(shù)字示波器的天下。同理，我也將只以數(shù)字示波器為例來(lái)加以講解。

　　數(shù)字示波器，更準(zhǔn)確的名稱是數(shù)字存儲(chǔ)示波器，即DSO(Digital Storage Oscilloscope)。這個(gè)“存儲(chǔ)”不是指它可以把波形存儲(chǔ)到U盤等介質(zhì)上，而是針對(duì)于模擬示波器的即時(shí)顯示特性而言的。模擬示波器靠的是陰極射線管(CRT，即俗稱的電子槍）發(fā)射出電子束，而這束電子在根據(jù)被測(cè)信號(hào)所形成的磁場(chǎng)下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而在熒屏上反映出被測(cè)信號(hào)的波形，這個(gè)過(guò)程是即時(shí)地，中間沒(méi)有任何的存儲(chǔ)過(guò)程的。而數(shù)字示波器的原理卻是這樣的：首先示波器利用前端ADC對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行快速的采樣，這個(gè)采樣速度通常都可以達(dá)到每秒幾百M(fèi)到幾G次，是相當(dāng)快的；而示波器的后端顯示部件是液晶屏，液晶屏的刷新速率一般只有幾十到一百多Hz；如此，前端采樣的數(shù)據(jù)就不可能實(shí)時(shí)的反應(yīng)到屏幕上，于是就誕生了存儲(chǔ)這個(gè)環(huán)節(jié)：示波器把前端采樣來(lái)的數(shù)據(jù)暫時(shí)保存在內(nèi)部的存儲(chǔ)器中，而顯示刷新的時(shí)候再來(lái)這個(gè)存儲(chǔ)器中讀取數(shù)據(jù)，用這級(jí)存儲(chǔ)環(huán)節(jié)解決前端采樣和后端顯示之間的速度差異。

　　很多人在第一次見(jiàn)到示波器的時(shí)候，可能會(huì)被他面板上眾多的按鈕唬住，再加上示波器一般身價(jià)都比較高，所以對(duì)使用它就產(chǎn)生了一種畏懼情緒。這是不必要的，因?yàn)槭静ㄆ麟m然看起來(lái)很復(fù)雜，但實(shí)際上要使用它的核心功能——顯示波形，并不復(fù)雜，只要三四個(gè)步驟就能搞定了，而現(xiàn)在示波器的復(fù)雜都是因?yàn)楦郊恿撕芏噍o助功能造成的，這些輔助功能自然都有它們的價(jià)值，熟練靈活的應(yīng)用它們可以起到事半功倍的效果。作為初學(xué)者，我們先不管這些，我們只把它最核心的、最基本的功能應(yīng)用起來(lái)即可。

　　20.2.2 示波器的使用

　　跟萬(wàn)用表類似，要使用示波器，首先也得把它和被測(cè)系統(tǒng)相連，用的是示波器探頭，如圖20-4所示。示波器一般都會(huì)有2個(gè)或4個(gè)通道（通常都會(huì)標(biāo)有1～4的數(shù)字，而多余的那個(gè)探頭插座是外部觸發(fā)，一般用不到它），它們的低位是等同的，可以隨便選擇，把探頭插到其中一個(gè)通道上，探頭另一頭的小夾子連接被測(cè)系統(tǒng)的參考地（這里一定要注意一個(gè)問(wèn)題：示波器探頭上的夾子是與大地即三插插頭上的地線直接連通的，所以如果被測(cè)系統(tǒng)的參考地與大地之間存在電壓差的話，將會(huì)導(dǎo)致示波器或被測(cè)系統(tǒng)的損壞），探針接觸被測(cè)點(diǎn)，這樣示波器就可以采集到該點(diǎn)的電壓波形了（普通的探頭不能用來(lái)測(cè)量電流，要測(cè)電流得選擇專門的電流探頭）。

　　接下來(lái)就要通過(guò)調(diào)整示波器面板上的按鈕，使被測(cè)波形以合適的大小顯示在屏幕上了。只需要按照一個(gè)信號(hào)的兩大要素——幅值和周期（頻率與周期在概念上是等同的）來(lái)調(diào)整示波器的參數(shù)即可，如圖20-5所示。

圖20-5 示波器幅值、時(shí)間軸旋鈕

　　 如上圖，在每個(gè)通道插座上方的旋鈕，就是調(diào)整該通道的幅值的，即波形垂直方向大小的調(diào)整。轉(zhuǎn)動(dòng)它們，就可以改變示波器屏幕上每個(gè)豎格所代表的電壓值，所以可稱其為“伏格”調(diào)整，如以下兩幅對(duì)比圖所示：左圖是1V/grid，右圖是500mV/grid，左圖波形的幅值占了2.5個(gè)格，所以是2.5V，右圖波形的幅值占了5個(gè)格，也是2.5V。推薦是將波形調(diào)整到右圖這個(gè)樣子，因?yàn)榇藭r(shí)波形占了整個(gè)測(cè)量范圍的較大空間，可以提高波形測(cè)量的精度，如圖20-6所示。

圖20-6 示波器伏格調(diào)整對(duì)比圖

　　除了圖20-6通常上方的伏格旋鈕外，通常還會(huì)在面板上找到一個(gè)大小相同的旋鈕（不一定像圖20-6所示的位置），這個(gè)旋鈕是調(diào)整周期的，即波形水平方向大小的調(diào)整。轉(zhuǎn)動(dòng)它，就可以改變示波器屏幕上每個(gè)橫格所代表的時(shí)間值，所以可稱其為“秒格”調(diào)整，如以下兩幅對(duì)比圖所示：左圖是500us/grid，右圖是200us/grid，左圖一個(gè)周期占2個(gè)格，周期是1ms，即頻率為1KHz，右圖一個(gè)周期占5個(gè)格，也是1ms，即1KHz。這里就沒(méi)有哪個(gè)更合理的問(wèn)題了，具體問(wèn)題具體對(duì)待，它們都是很合理的，如圖20-7所示。

圖20-7 示波器秒格調(diào)整對(duì)比圖

　　很多時(shí)候只進(jìn)行上述兩項(xiàng)調(diào)整的話，是能看到一個(gè)波形，但這個(gè)波形卻很不穩(wěn)定，左右亂顫，相互重疊，導(dǎo)致看不清楚，如圖20-8所示。

圖20-8 示波器觸發(fā)電平調(diào)整不當(dāng)?shù)氖疽鈭D

　　這就是因?yàn)槭静ㄆ鞯挠|發(fā)沒(méi)有調(diào)整好的緣故，那么什么是觸發(fā)呢？簡(jiǎn)單點(diǎn)理解，所謂觸發(fā)就是設(shè)定一個(gè)基準(zhǔn)，讓波形的采集和顯示都圍繞這個(gè)基準(zhǔn)來(lái)。最常用的觸發(fā)設(shè)置是基于電平的（也可基于時(shí)間等其它量，道理相同），大家看下上面的幾張波形圖，在左側(cè)總有一個(gè)T和一個(gè)小箭頭，T是觸發(fā)的意思，這個(gè)小箭頭指向的位置所對(duì)應(yīng)的電壓值就是當(dāng)前的觸發(fā)電平。示波器總是在波形經(jīng)過(guò)這個(gè)電平的時(shí)候，把之前和之后的一部分存儲(chǔ)并最終顯示出來(lái)，于是就能看到圖20-7、20-8所示的波形。如圖20-9所示，我們可以看到，無(wú)論如何波形也不會(huì)經(jīng)過(guò)T所指的位置，即用永遠(yuǎn)達(dá)不到觸發(fā)電平，所以失去了基準(zhǔn)的波形看上去就不穩(wěn)定了。怎么調(diào)節(jié)這個(gè)觸發(fā)電平的位置呢，在示波器面板上找一個(gè)標(biāo)了Trigger的旋鈕，如下圖，轉(zhuǎn)動(dòng)這個(gè)旋鈕就可以改變這個(gè)T的位置了。

圖20-9 示波器觸發(fā)旋鈕

　　除了可以改變觸發(fā)電平的值以外，還可以設(shè)置觸發(fā)的方式：比如選擇上升沿還是下降沿觸發(fā)，也就是選擇讓波形向上增加的時(shí)候經(jīng)過(guò)觸發(fā)電平還是向下減小的時(shí)候經(jīng)過(guò)觸發(fā)電平來(lái)完成觸發(fā)，這些設(shè)置一般都是通過(guò)Trigger欄里的按鈕和屏幕方便的菜單鍵來(lái)完成。

　　只要經(jīng)過(guò)上述的這三四步，你就可以把示波器的核心功能應(yīng)用起來(lái)了，可以用它觀察單片機(jī)系統(tǒng)的各個(gè)信號(hào)了。比如說(shuō)上電后系統(tǒng)不運(yùn)行，就用它來(lái)測(cè)一下晶振引腳的波形正常與否吧。需要注意的是，晶振引腳上的波形并不是方波，而是更像正弦波，而且晶振的兩個(gè)腳上的波形是不一樣的，一個(gè)幅值小一點(diǎn)的是作為輸入的，一個(gè)幅值大一點(diǎn)的是作為輸出的，如圖20-10所示。

圖20-10 示波器實(shí)測(cè)的晶振波形

　　20.3  邏輯分析儀

　　20.3.1 什么是邏輯分析儀

　　由于電路的發(fā)展是從模擬發(fā)展到數(shù)字這樣的過(guò)程，因此測(cè)量工具的發(fā)展也遵循了這個(gè)順序。現(xiàn)在提到測(cè)量，首先我們想到的是示波器，尤其是一些老工程師，他們對(duì)示波器的認(rèn)知度非常高。而邏輯分析儀是一種新型測(cè)量工具，是隨著單片機(jī)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的，非常適合單片機(jī)這類數(shù)字系統(tǒng)的測(cè)量分析，而通信方面的分析中，比示波器要更加方便和強(qiáng)大。

　　一個(gè)待測(cè)信號(hào)使用10MHZ采樣率的邏輯分析儀去采集的話，假如閾值電壓是1.5V，那么在測(cè)量的時(shí)候，邏輯分析儀就會(huì)每100ns采集一個(gè)樣點(diǎn)，并且超過(guò)1.5V認(rèn)為是高電平(邏輯1)，低于1.5V認(rèn)為是低電平(邏輯0)。而后呢，邏輯分析儀會(huì)用描點(diǎn)法將波形連起來(lái)，工程師就可以在這個(gè)連續(xù)的波形中查看到邏輯分析儀還原的待測(cè)信號(hào)，從而查找異常之處。

　　邏輯分析儀和示波器都是還原信號(hào)的，示波器前端有ADC，再加上還原算法，可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的還原。而邏輯分析儀只針對(duì)數(shù)字信號(hào)，不需要ADC，不需要特殊算法，就用最簡(jiǎn)單的連點(diǎn)就可以了。此外，示波器往往是臺(tái)式的，波形顯示在示波器本身的顯示屏上，而邏輯分析儀當(dāng)前大多數(shù)是和PC端的上位機(jī)軟件結(jié)合的，在電腦上直接顯示波形。如圖20-所示，是一款邏輯分析儀的實(shí)物圖，采樣率為500M，16個(gè)通道，采樣深度硬件深度為32M，經(jīng)過(guò)壓縮算法，最多可以實(shí)現(xiàn)每通道5G的存儲(chǔ)深度，圖20-12是邏輯分析儀的上位機(jī)軟件。

圖20-11 邏輯分析儀實(shí)物圖

圖20-12 邏輯分析儀上位機(jī)軟件

　　20.3.2 邏輯分析儀的參數(shù)

　　邏輯分析儀有三個(gè)重要參數(shù)：閾值電壓、采樣率和采樣深度。

　　閾值電壓：區(qū)分高低電平的間隔。邏輯分析儀和單片機(jī)都是數(shù)字電路，它在讀取外部信號(hào)的時(shí)候，多高電壓識(shí)別成高電平，多高電壓識(shí)別成低電平是有一定限制的。比如一款邏輯分析儀，閾值電壓是：0.7~1.4V，那么當(dāng)它采集外部的數(shù)字電路信號(hào)的時(shí)候，高于1.4V識(shí)別為高電平，低于0.7V識(shí)別為低電平。

　　采樣率：每秒鐘采集信號(hào)的次數(shù)。比如一個(gè)邏輯分析儀的最大采樣率是100M，那么也就是說(shuō)他一秒鐘可以采集100M個(gè)樣點(diǎn)，即每10ns采集一個(gè)樣點(diǎn)，并且高于閾值電壓的認(rèn)定為高電平，低于閾值電壓的認(rèn)定為低電平。我們前邊學(xué)UART通信的時(shí)候?qū)W過(guò)每一位都會(huì)讀取16次，而邏輯分析儀的原理也是類似的，就是在超頻讀取。你信號(hào)是1M的頻率，我用100M的采樣率去采集，那么一個(gè)信號(hào)周期我就可以采集100次，最后用我們小學(xué)學(xué)過(guò)的描點(diǎn)法把采集到的樣點(diǎn)連起來(lái)，就會(huì)還原出信號(hào)，當(dāng)然100倍采樣率的脈寬誤差大概是百分之一。根據(jù)奈奎斯特定律來(lái)說(shuō)，采樣率必須是信號(hào)頻率的2倍以上才能還原出信號(hào)，因?yàn)檫壿嫹治鰞x是數(shù)字系統(tǒng)，算法簡(jiǎn)單，所以最低也是4倍于信號(hào)的采樣率才可以，一般選擇10倍左右效果就比較好了。比如你的信號(hào)頻率是10M，那么你的邏輯分析儀采樣率最低也得是40M的采樣率，最好能達(dá)到100M，提高精確度。

　　存儲(chǔ)深度：我們剛才講了采樣率，那采集到的高電平或者低電平信號(hào)，我們要有一個(gè)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)起來(lái)。比如我們用100M采樣率，那么1秒就會(huì)產(chǎn)生100M個(gè)狀態(tài)樣點(diǎn)。一款邏輯分析儀能夠存儲(chǔ)多少個(gè)樣點(diǎn)數(shù)，這是邏輯分析儀很重要的一個(gè)指標(biāo)。如果我們的采樣率很高，但是存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量很少，那也沒(méi)有多大意義，邏輯分析儀可以保存的最大樣點(diǎn)數(shù)就是一款邏輯分析儀的存儲(chǔ)深度。通常情況下，數(shù)據(jù)采集時(shí)間=存儲(chǔ)深度/采樣率。

　　此外，邏輯分析儀還有輸入阻抗和耐壓值等幾個(gè)簡(jiǎn)單參數(shù)。所有的邏輯分析儀的通道上，都是有等效電阻和電容的，由于測(cè)量信號(hào)的時(shí)候分析儀通道是并聯(lián)在通道上的，所以分析儀的輸入阻抗如果太小，電容過(guò)大，就會(huì)干擾到我們線上的信號(hào)。理論上來(lái)講，阻抗越大越好，電容越小越好。通常情況下，邏輯分析儀的阻抗都在100K以上，電容都在10pf左右。所謂的耐壓值，就是說(shuō)如果你測(cè)量超過(guò)這個(gè)電壓值的信號(hào)那么分析儀就可能被燒壞，所以測(cè)量的時(shí)候必須要注意這個(gè)問(wèn)題。

　　20.3.3 邏輯分析儀的使用步驟

　　1、硬件通道連接。首先我們要把邏輯分析儀的GND和待測(cè)板子的GND連到一起，以保證信號(hào)的完整性。然后把邏輯分析儀的通道接到待測(cè)引腳上，待測(cè)引腳可以用多種方式引出來(lái)。

　　2、通道數(shù)設(shè)置。一般情況下，大多數(shù)邏輯分析儀有8通道、16通道、32通道等數(shù)目。而我們采集信號(hào)的時(shí)候，往往用不到那么多通道，為了我們更清晰的觀察波形，可以把用不到的通道隱藏起來(lái)。

　　3、采樣率和采樣深度設(shè)置。首先要對(duì)待測(cè)信號(hào)最高頻率有個(gè)大概的評(píng)估，把采樣率設(shè)置到它的10倍以上，還要大概判斷一下我們要采集的信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)短，在設(shè)置采樣深度的時(shí)候，盡量設(shè)置的有一定的余量。采樣深度除以采樣率，得到的就是我們可以保存信號(hào)的時(shí)間。

　　4、觸發(fā)設(shè)置。由于邏輯分析儀有深度限制，不可能無(wú)限期的保存數(shù)據(jù)。當(dāng)我們使用邏輯分析儀的時(shí)候，如果沒(méi)有采用任何觸發(fā)設(shè)置的話，從開(kāi)始抓取就開(kāi)始計(jì)算時(shí)間，一直到存滿我們?cè)O(shè)置的存儲(chǔ)深度后，抓取就停止。在實(shí)際操作過(guò)程中，開(kāi)始抓取的一段信號(hào)可能是無(wú)用信號(hào)，有用信號(hào)可能就是其中一段，但是無(wú)用信號(hào)還占據(jù)了我們的存儲(chǔ)空間。在這種情況下，我們就可以通過(guò)設(shè)置觸發(fā)來(lái)提高存儲(chǔ)深度的利用率。比如我們?nèi)绻胱トART串口信號(hào)，而串口信號(hào)平時(shí)沒(méi)有數(shù)據(jù)的時(shí)候是高電平，因此我們可以設(shè)置一個(gè)下降沿觸發(fā)。從點(diǎn)擊開(kāi)始抓取，邏輯分析儀不會(huì)把抓到的信號(hào)保存到我們的存儲(chǔ)器中，而是會(huì)等待一個(gè)下降沿的產(chǎn)生，一旦產(chǎn)生了下降沿，才開(kāi)始進(jìn)行真正的信號(hào)采集，并且把采集到的信號(hào)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。也就是說(shuō)，從點(diǎn)擊開(kāi)始抓取到下降沿這段時(shí)間內(nèi)的無(wú)用信號(hào)，被我們所設(shè)置的觸發(fā)給屏蔽掉了，這是一個(gè)非常實(shí)用的功能。

　　5、抓取波形。邏輯分析儀和示波器不同，示波器是實(shí)時(shí)顯示的，而邏輯分析儀需要點(diǎn)擊開(kāi)始，開(kāi)始抓取波形，一直到存儲(chǔ)滿了我們所設(shè)置的存儲(chǔ)深度結(jié)束，然后我們可以慢慢的去分析我們抓到的信號(hào)，因此點(diǎn)擊“開(kāi)始抓取”這個(gè)是必須要有的。

　　6、設(shè)置協(xié)議解析(標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議)。如果你抓取的波形是標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，比如UART、I2C、SPI這種協(xié)議，邏輯分析儀一般都會(huì)配有專門的解碼器，可以通過(guò)設(shè)置解碼器，不僅僅像示波器那樣把波形顯示出來(lái)，還可以直接把數(shù)據(jù)解析出來(lái)，以十六進(jìn)制、二進(jìn)制、ASCII碼等各種形式顯示出來(lái)。

　　7、數(shù)據(jù)分析。和示波器類似，邏輯分析儀也有各種測(cè)量標(biāo)線，可以測(cè)量脈沖寬度，測(cè)量波形的頻率，占空比等信息，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，查找我們的波形是否符合我們的要求，從而幫助我們解決問(wèn)題。

　　20.3.4 UART、I2C、SPI舉例介紹

　　我們使用LA5016邏輯分析儀抓取串口通信數(shù)據(jù)、I2C和SPI的數(shù)據(jù)界面。

　　首先，我把邏輯分析儀的GND和我們的KST-51開(kāi)發(fā)板的GND接起來(lái)，隨便找一個(gè)通道，比如用通道3和板子的P3.1引腳接起來(lái)。然后讓單片機(jī)以2400的波特率、無(wú)校驗(yàn)的方式發(fā)送幾個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)。由于UART通信平時(shí)默認(rèn)是高電平，當(dāng)數(shù)據(jù)來(lái)的時(shí)候，會(huì)先出現(xiàn)一位起始位，因此我們把觸發(fā)方式設(shè)置成下降沿觸發(fā)。而后我們要設(shè)置一下采樣率和采樣深度，因?yàn)槲覀兊男盘?hào)是2400波特率的，采樣率超過(guò)1M就很準(zhǔn)了，抓幾個(gè)字節(jié)，采樣深度也要求不高，我們干脆都設(shè)置成1M，那么總的采集時(shí)間計(jì)算下來(lái)就是1秒。點(diǎn)擊Start按鈕，這個(gè)時(shí)候，邏輯分析儀還沒(méi)有開(kāi)始采集，因?yàn)樗却粋€(gè)下降沿產(chǎn)生才開(kāi)始采集信號(hào)。我們讓單片機(jī)發(fā)送串口通信數(shù)據(jù)，邏輯分析儀就會(huì)開(kāi)始抓取信號(hào)，抓到的信號(hào)會(huì)直接顯示在對(duì)應(yīng)軟件的界面上，如圖20-13所示。

 圖20-13 抓取UART信號(hào)

　　點(diǎn)擊右側(cè)Analyzers右側(cè)的加號(hào)，選UART通信協(xié)議，進(jìn)入配置界面，將波特率改成2400，無(wú)校驗(yàn)位，選擇通道2，點(diǎn)擊OK，就可以直接把數(shù)據(jù)解析出來(lái)，如圖20-14所示。

圖20-14 UART數(shù)據(jù)解析

　　 當(dāng)我們?cè)O(shè)置好串口通信選項(xiàng)后，點(diǎn)擊OK，直接就會(huì)在我們的通道上把十六進(jìn)制顯示在波形上邊的懸浮圖上，如果要顯示其他進(jìn)制的數(shù)字，還可以點(diǎn)擊UART右側(cè)的那個(gè)小圓圈，點(diǎn)擊顯示為其他格式，包括二進(jìn)制、ASCII、十進(jìn)制都可以顯示出來(lái)。此外，如果我們的數(shù)據(jù)量很大，解析出來(lái)后想要用文本形式顯示，也可以點(diǎn)擊那個(gè)小圓圈，點(diǎn)擊輸出選項(xiàng)，就可以把數(shù)據(jù)導(dǎo)出為txt格式，如圖20-15所示。

圖20-15 數(shù)據(jù)導(dǎo)出

　　圖20-15中的Time就是這個(gè)信號(hào)發(fā)生時(shí)間，Value就是解碼值，Parity是校驗(yàn)，如果數(shù)據(jù)錯(cuò)誤也會(huì)在后邊提示錯(cuò)誤，這個(gè)功能是不是很酷呢？

　　同樣的方法，我們也可以去抓取和解析I2C和SPI的信號(hào)數(shù)據(jù)。I2C和SPI都不是一條線，比如I2C一個(gè)引腳是SCL，一個(gè)引腳是SDA，我們用我們分析儀的通道3接到SCL上，通道4接到SDA上，也可以將數(shù)據(jù)抓出來(lái)并且解析出來(lái)，其中SDA懸浮的就是解析的數(shù)字，如圖20-16所示。

圖20-16 I2C數(shù)據(jù)解析

　　而SPI是4線的，大家在使用的時(shí)候，尤其要注意配置CPOL和CPHA的值，如果這兩個(gè)值配置的不對(duì)，或者是解析不出來(lái)數(shù)據(jù)，或者是解析的數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。解析出來(lái)的波形數(shù)據(jù)分別懸浮在MOSI和MISO的通道上面，如圖20-17所示。

圖20-17 SPI數(shù)據(jù)解析

　　20.3.5 邏輯分析儀測(cè)量數(shù)字電路比示波器的優(yōu)勢(shì)

　　示波器是專業(yè)測(cè)量模擬信號(hào)的，而測(cè)量分析數(shù)字信號(hào)，邏輯分析儀比示波器強(qiáng)大許多，主要有以下幾個(gè)方面。

　　1、測(cè)量數(shù)字信號(hào)時(shí)，示波器通?？梢杂脕?lái)觀察有沒(méi)有信號(hào)或者是信號(hào)的質(zhì)量如何，邏輯分析儀主要用來(lái)分析信號(hào)高低電平時(shí)序時(shí)間，以及通信的是什么數(shù)據(jù)。

　　2、邏輯分析儀通道數(shù)通常比示波器多。示波器常見(jiàn)有單通道、雙通道和四通道。而邏輯分析儀常見(jiàn)有8通道、16通道、32通道或者更多，測(cè)量多個(gè)信號(hào)運(yùn)行狀態(tài)，尤其是并行數(shù)據(jù)，通道最夠多才能把所有的通道測(cè)量分析出來(lái)。

　　3、具有延遲能力，可以保存更長(zhǎng)時(shí)間的數(shù)據(jù)。示波器是實(shí)時(shí)顯示的，實(shí)際上他只能顯示其中一小段數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)快速刷新，帶來(lái)的缺點(diǎn)就是存儲(chǔ)深度很低。而邏輯分析儀有較大的存儲(chǔ)深度，可以保存大量的數(shù)據(jù)，而后一點(diǎn)點(diǎn)進(jìn)行分析。

　　4、具有多種靈活的觸發(fā)功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)欲獲取的數(shù)據(jù)進(jìn)行挑選，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的程序段進(jìn)行調(diào)試。示波器通常只有上升沿、下降沿和電壓設(shè)置的觸發(fā)，而邏輯分析儀不僅僅有上升沿和下降沿觸發(fā)，還可以設(shè)置并行數(shù)據(jù)等更復(fù)雜的觸發(fā)。

　　5、具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)解析能力。對(duì)于一些復(fù)雜的協(xié)議，示波器顯示的是波形，而邏輯分析儀可以直接把十六進(jìn)制數(shù)據(jù)解析出來(lái)。除了我們前邊講過(guò)的三種協(xié)議外，現(xiàn)在很多邏輯分析儀都具備幾十種協(xié)議解析器，可以方便的顯示出解析的數(shù)據(jù)，并且解析出來(lái)的數(shù)據(jù)可以顯示成為ASCII碼、二進(jìn)制、十進(jìn)制、十六進(jìn)制等等，方便直觀。

　　6、可以將抓到的波形以CSV等格式導(dǎo)出提供給第三方工具，比如matlab進(jìn)行時(shí)域分析。

　　在模擬時(shí)代，示波器有著不可替代的優(yōu)勢(shì)，但是步入數(shù)字世界，邏輯分析儀擁有更強(qiáng)大的功能，可以稱之為分析數(shù)字通信的利器。

　　20.4  作業(yè)

　　1、掌握萬(wàn)用表的使用方法。

　　2、熟悉示波器和邏輯分析儀的使用方法。