一 文檔介紹

本文將一步步介紹如何使用DSLogic邏輯分析儀采集并分析 CAN/CAN-FD 信號，因?yàn)?CAN 信號的測量和 CAN-FD 的大致一樣，所以下文以 CAN-FD 舉例，在有區(qū)別之處，將會做特別說明。

此次演示的案例特征為：

• 仲裁域波特率 500Kbps
• 數(shù)據(jù)域波特率 1Mbps
• 發(fā)送 “01 23 45 67 89 AB CD EF ….(其余數(shù)據(jù)位補(bǔ)0)” 共 64 位數(shù)據(jù)到 ID 地址”0x100″。

二 需要測量哪幾個信號

CAN-FD 協(xié)議是半雙工的，在 MCU 端使用 TX/RX 進(jìn)行收發(fā)信號，發(fā)送端并不是通過 TX/RX 直接接到別的節(jié)點(diǎn)的 MCU ，而是先將 TX/RX 接入到 CAN-FD 收發(fā)器，將 TTL 電平轉(zhuǎn)換為差分信號 CAN-FD_H和 CAN-FD_L，測量信號時需要注意接的是 TTL 邏輯端，還是 CAN-FD 總線端。

圖1 MCU與收發(fā)器結(jié)構(gòu)

所以，如果你要測量 TTL 信號，則將探頭接入到 TX 引腳，如果要測量總線端信號，則接入到 CAN-FD_L ，你可能要問，可以接入到 CAN-FD_H ？單獨(dú)觀察波形的話，是可以的，但因?yàn)槲覀兪鞘褂眠壿嫹治鰞x對信號進(jìn)行解碼，而 CAN-FD_L 的電平變化和 TTL 端的電平變化是一致的，CAN-FD_H 和 TTL 端是反相的，所以為了方便對比觀察解碼結(jié)果，要接入 CAN-FD_L。

三 信號的實(shí)際模樣

邏輯分析儀分析的是數(shù)字信號，在采集分析之前，我們推薦先用示波器觀察下信號實(shí)際是什么樣子的，對真實(shí)波形有一個基本的認(rèn)知。

下面我們使用璞石示波器來完成捕獲模擬波形的演示。

3.1 MCU 側(cè) TTL 信號

測 TTL 時探頭接 TTL 信號，探頭使用 X1 擋位，探頭接地夾接邏輯端的參考地，一般是 MCU 的 GND 引腳，此處是使用接地彈簧接 GND。

圖2 探頭測試 TX 信號

示波器 0 通道探頭放在靠近 MCU 的 TX 引腳處，夾子接邏輯側(cè)參考地，啟動 CAN-FD 發(fā)送數(shù)據(jù)，按下 AUTO，捕獲波形，如下圖所示。

圖3 示波器顯示 TX 信號

可以看到這是一個符合 TTL 標(biāo)準(zhǔn)，幅度為 3.4V 的波形。

3.3 收發(fā)器側(cè)差分信號

因?yàn)樵陔娐吩O(shè)計(jì)中一般都會對總線端的電源做隔離，所以在測 CAN-FD 時，兩個探頭分別接 CAN-FD_H 和 CAN-FD_L 信號，但是探頭接地夾需要接總線端的參考地，一般是 CAN-FD 收發(fā)器芯片的 GND 引腳，不要接到 MCU 的 GND 上去了。

圖4 探頭測試差分信號

圖 4 左邊三個座子依次為 CAN-FD_H，GND，CAN-FD_L。

示波器 0 通道探頭放在 CAN-FD_H，接地彈簧接總線側(cè)參考地 。示波器 1 通道探頭放在 CAN-FD_L，接地彈簧接總線側(cè)參考地，啟動 CAN-FD 發(fā)送數(shù)據(jù)，按下 AUTO，捕獲波形，將波形光標(biāo)重合在一起，如下圖所示。

圖5 差分信號

可以看到 CAN-FD 中空閑時差分電平壓差為 0，當(dāng) CAN-FD_L 出現(xiàn)低電平時開始數(shù)據(jù)的傳輸?？梢钥吹紺AN-FD_L的波形和TTL端的信號是同向的，而CAN-FD_H的波形和TTL端的信號是反向的。

同時，也可以觀察到CAN-FD信號高低電平的特殊之處，以CAN-FD_L為例，它的低電平并不是0V。通常標(biāo)準(zhǔn)CAN/CAN-FD總線信號的L端低電平為1.5V，高電平為2.5V。

也有一些CAN系統(tǒng)，總線信號的電平和標(biāo)準(zhǔn)不太一致，這也是為什么我們推薦先用示波器觀察實(shí)際波形的原因。因?yàn)樵谑褂眠壿嫹治鰞x分析波形時，需要設(shè)置正確的“閾值”電壓，邏輯分析儀才能采集到正確的信號。

四 信號的采樣與解碼

在示波器上可以觀察到信號的波形質(zhì)量，但是示波器不擅長長時間抓取波形，同時進(jìn)行解碼分析。所以當(dāng)想要分析協(xié)議通訊的內(nèi)容時，使用DSLogic邏輯分析儀是最合適的工具。

4.1 信號的連接

在DSLogic Plus中，可以選擇任意通道對波形進(jìn)行采集。我們使用 1 通道來采集 CAN-FD_L 信號。

連接排線至邏輯分析儀的采樣端口，圖 6 顯示了排線和通道的對應(yīng)關(guān)系。

圖6 排線與邏輯分析儀的連接

連接 1 通道至 CAN-FD_L，黑色信號線為接地信號線,連接 CAN-FD 收發(fā)器的 GND。連接效果如圖。

圖7 連接信號

4.2 采樣設(shè)置

打開 DSView，在左上角點(diǎn)擊“選項(xiàng)”，按照圖4 參數(shù)設(shè)置，其中關(guān)于閾值電壓，在圖5 中，我們可以看到通訊波形中 CAN-FD_L 的電壓范圍大致在 1.5V – 2.5V 之間，所以閾值可以設(shè)置為 2V 左右。

采樣率一般推薦設(shè)置為波形最大速率的 10 倍。例如此處選擇 10MHz采樣率進(jìn)行采集分析。

通道選項(xiàng)的所有選項(xiàng)都符合我們的要求，我們選擇就選第一個。其他選項(xiàng)保持默認(rèn)，點(diǎn)擊確定。

圖8 選項(xiàng)設(shè)置

設(shè)備選項(xiàng)設(shè)置完成后，采樣時間這里設(shè)置為 5ms，在”模式“中，我們選擇“單次”。關(guān)鍵的閾值、采樣時間和采樣率設(shè)置完成后，我們接下來設(shè)置觸發(fā)方式。

從圖5 可以看到 CAN-FD_L 出現(xiàn)下降沿開始通訊，所以我們設(shè)置觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)，點(diǎn)擊1 通道左側(cè)的下降沿標(biāo)識，顯示為藍(lán)色則為下降沿觸發(fā)。

圖9 觸發(fā)設(shè)置

完成以上接線和設(shè)置后，其他設(shè)置保持默認(rèn)，點(diǎn)擊 DSView 菜單欄的“開始”，此時邏輯分析儀正在等待觸發(fā)波形的出現(xiàn)，然后啟動 CAN-FD 傳輸，觸發(fā)后等待波形采集完成。

以上是對 CAN-FD 的采樣設(shè)置，對于 CAN 波形的測試，可以和 CAN-FD 的一致。

4.3 解碼設(shè)置

波形采集完成后會在軟件界面顯示，此時可以對波形進(jìn)行解碼操作，具體操作是點(diǎn)擊菜單欄的“解碼”按鈕，在協(xié)議框中輸入“CAN”，點(diǎn)選在下方出現(xiàn)的”CAN-FD“，在彈出的解碼設(shè)置中進(jìn)行解碼設(shè)置。

圖10 解碼設(shè)置

• 右側(cè)帶有眼睛圖標(biāo)的選項(xiàng)表示是否要在解碼中查看這些內(nèi)容，默認(rèn)是要查看，如果不想看到相關(guān)內(nèi)容，將其勾選掉即可。
• 在”CAN“選項(xiàng)中選擇連接 CAN-FD_L 信號的通道，我們的通道是 1 通道，所以選擇 1。
• “Nominal bitrate” 表示仲裁段波特率，我們的信號是 500Kbps，所以輸入 500000。
• “Fast bitrate” 表示數(shù)據(jù)段波特率，我們的信號是 1Mbps，所以輸入 1000000。
• “Sample point” 表示采樣點(diǎn)位置，在 MCU 對 CAN/CAN-FD 協(xié)議進(jìn)行配置時，不同的廠家采樣點(diǎn)設(shè)置不一樣，一般采樣點(diǎn)設(shè)置在 70% ，請根據(jù)實(shí)際情況設(shè)置。
• 如果在波形中插入了光標(biāo)，可以使用光標(biāo)來限制解碼的范圍，默認(rèn)是對所有波形進(jìn)行解碼。

圖11 解碼器選項(xiàng)

解碼成功后對波形展開，配合協(xié)議列表顯示，可以知道我們對地址為”0x100″的設(shè)備發(fā)送了“01 23 45 67 89 AB CD EF”等數(shù)據(jù)。

圖12 解碼結(jié)果

對于 CAN 波形的測試， 只需要設(shè)置一個”bitrate” 即可，其他操作和設(shè)置與 CAN-FD 的一致。

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一 文檔介紹

二 需要測量哪幾個信號

• 電壓從 5V 上升到某個電壓如 9V，并保持穩(wěn)定，那么這根線是 VBUS
• 表現(xiàn)為短路，則這根線是 GND
• 電壓時不時在 2V 以下變化，則這根線為 CC1
• 表現(xiàn)為開路，則為其他信號線

三 信號的實(shí)際模樣

3.1 設(shè)置示波器

3.1.1 時基

3.1.2 垂直分辨率

3.1.3 觸發(fā)電平

3.2 在璞石示波器上顯示

四 信號的采樣與解碼

4.1 信號的連接

4.2 采樣設(shè)置

4.3 解碼設(shè)置

• 右側(cè)帶有眼睛圖標(biāo)的選項(xiàng)表示是否要在解碼中查看這些內(nèi)容，默認(rèn)是要查看，如果不想看到相關(guān)內(nèi)容，將其勾選掉即可。
• 在”CC1“選項(xiàng)中選擇連接 CC1 信號的通道，我們的通道是 0 通道，所以選擇 0。
• 由于我們不檢測 CC2 電源連接，故此項(xiàng)不填。
• “Full text decoding of packets” 表示是否需要對數(shù)據(jù)包進(jìn)行全文解碼。
• 如果在波形中插入了光標(biāo)，可以使用光標(biāo)來限制解碼的范圍，默認(rèn)是對所有波形進(jìn)行解碼。

附件

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1.1.?????協(xié)議簡介

IIC-BUS（Inter-IntegratedCircuit Bus）最早是由PHilip半導(dǎo)體（現(xiàn)在被NXP收購）于1982年開發(fā)。 主要是用來方便微控制器與外圍器件的數(shù)據(jù)傳輸。 它是一種半雙工，由SDA（數(shù)據(jù)）和SCL（時鐘）組成的兩線式串行傳輸總線。

目前最新的協(xié)議版本是2014版，鏈接如下：

https://www.mmx22.com/doc/I2C-bus specification and user manual.pdf

1.2.?????物理信號

圖1-1 IIC實(shí)際的波形

圖1-2 IIC協(xié)議 基本形式

IIC由一條時鐘線和一條數(shù)據(jù)線組成。 如圖1-1是示波器抓取的實(shí)際信號、1-2是IIC協(xié)議數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘问健?/p>

IIC的輸入輸出結(jié)構(gòu)采用的是開漏的結(jié)構(gòu)。 開漏結(jié)構(gòu)不能夠自主得到高電平，所以需要通過外部上拉電阻Rp來的實(shí)現(xiàn)IIC通信過程中的高電平。 Rp的大小取決于IIC不同模式時的灌電流大小。

圖1-3和圖1-4是描述IIC獲得高低電平的情景。 因?yàn)橐粭lIIC總線上面可能會同時連接上多個設(shè)備，如果IIC使用的是推挽輸出的話容易引起短路。 IIC設(shè)備可以通過控制N-MOS管的開關(guān)來控制輸出信號的電平高低。 當(dāng)MOS管G極為低電平時MOS管截止IIC總線上面由于有上拉電阻的存在而為高電平； 當(dāng)MOS管G極為高電平時MOS管導(dǎo)通，IIC總線相當(dāng)于直接接地為低電平。

IIC的輸入是通過TTL肖特基觸發(fā)器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷斎霐?shù)據(jù)寄存器當(dāng)中，再提供給處理器處理。

圖1-3

圖1-4

IIC的電平標(biāo)準(zhǔn)：

由于種類的設(shè)備都有可能連接到IIC總線上面，比如說CMOS、NMOS等，所以IIC的高電平和低電平的標(biāo)準(zhǔn)是不一定的。高電平和低電平的值分別為0.7V_DD和0.3V_DD。

圖1-5

1.3.?????總線連接

圖1-6

IIC的時鐘線總是由主機(jī)控制，主機(jī)與從機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸只在SDA一根線上完成，不能同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，所以IIC是一種半雙工的通信協(xié)議。一條IIC總線上面可以掛載多個設(shè)備，每一個設(shè)備都有其對應(yīng)的設(shè)備地址，設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送只能由一個設(shè)備傳送給對應(yīng)地址的設(shè)備。

圖1-7

IIC的總線連接可以接受多主機(jī)的模式，也就是說一條IIC總線上面可以有多個設(shè)備可以作為主機(jī)來使用，但是在一次數(shù)據(jù)的傳輸過程中只能有一個設(shè)備作為主機(jī)。一條IIC總線上面誰是主機(jī)取決于總線上面的時鐘和數(shù)據(jù)信號由誰控制。如圖1-7所示，這一條IIC總線上面掛載了多個設(shè)備，其中MCU1和MCU2都可以作為主機(jī)來使用，但是不能同時有兩個主機(jī)。

如果兩個MCU同時發(fā)起開始信號時（都試圖成為主機(jī)），這時候IIC的仲裁機(jī)制會發(fā)揮作用來判定誰成為主機(jī)。

圖1-8

IIC的仲裁機(jī)制得益于其開漏的輸入輸出結(jié)構(gòu)。例如如圖1-8所示，當(dāng)SCL線上掛載的多個設(shè)備，其中的MCU2的SCL輸出低電平，那么這條IIC總線SCL就會被MCU2拉低，這也就是“與”的特性。

IIC上的仲裁主要是由兩部分組成SCL時鐘同步、SDA線仲裁。

圖1-9

如圖1-9所示CLK1和CLK2都是連接在一條SCL線上的設(shè)備同時產(chǎn)生的時鐘信號，由于IIC總線存在“與”的特性，所以兩個設(shè)備高電平相同的部分形成了SCL最終的時鐘，也就是說同一條IIC總線上面的時鐘都是相同的。

圖1-10

同樣SDA仲裁也是基于“與”的特性。如圖1-10所示當(dāng)兩個設(shè)備同時發(fā)出開始信號想要傳送數(shù)據(jù)時，在第一個和第二個周期內(nèi)DATA1和DATA2的數(shù)據(jù)都是相同的，然后兩者繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)，當(dāng)在第三個時鐘周期時DATA2與SDA的數(shù)據(jù)不一致，這個時候設(shè)備2就會停止發(fā)送數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)而啟動接收模式。這樣SDA的數(shù)據(jù)就會與DATA1的數(shù)據(jù)保持一致，并且設(shè)備2停止發(fā)送數(shù)據(jù)也不會影響SDA的數(shù)據(jù)。

2.?協(xié)議規(guī)范

2.1.?????????編碼規(guī)則

起始、停止條件：IIC的起始信號為當(dāng)時鐘信號線（SCL）為高電平時，數(shù)據(jù)線（SDA）產(chǎn)生一個下降沿，停止信號為當(dāng)時鐘信號線（SCL）為高電平時，數(shù)據(jù)線（SDA）產(chǎn)生一個上升沿。

圖2-1

應(yīng)答位、非應(yīng)答位：當(dāng)主機(jī)傳送8位數(shù)據(jù)結(jié)束后，主機(jī)會將SDA線拉高，此時如果從機(jī)正確接收數(shù)據(jù)則會將SDA拉低并在SCL高電平時保持低電平，這個信號為ACK信號。如果在傳輸8位數(shù)據(jù)后從機(jī)沒有將SDA拉低則該信號為NACK。如果出現(xiàn)NACK則表示數(shù)據(jù)傳輸出錯。

圖2-2

數(shù)據(jù)有效性：當(dāng)時鐘信號為高電平的時候，數(shù)據(jù)線上的信號需要保持不變也就是在時鐘線為高電平的時候數(shù)據(jù)線出現(xiàn)上升下降沿的話就會產(chǎn)生停止和啟動信號，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)的傳輸出錯。

圖2-3

byte組織：SDA上的數(shù)據(jù)傳輸是以8bit即一個字節(jié)為單位傳輸?shù)模恳淮蝹鬏數(shù)淖止?jié)數(shù)沒有限制，每傳輸完一個字節(jié)后必須跟隨一個應(yīng)答位。

我們以01001001（0X49）為例，其時序圖如下：

圖2-4

2.2.?????信號傳輸

IIC總線上面的每一個設(shè)備都有唯一的地址與之對應(yīng)，信號傳輸時也是根據(jù)指定的地址找到設(shè)備來傳輸信號。

寫操作：主機(jī)確定了從機(jī)的設(shè)備地址后，生成一個開始信號，然后向IIC總線上面發(fā)送設(shè)備的地址和讀寫方向標(biāo)志。從機(jī)檢測到該地址和自己設(shè)備地址相對應(yīng)后，回復(fù)主機(jī)一個應(yīng)答信號。主機(jī)接收到應(yīng)答信號后就開始向這個設(shè)備以字節(jié)為單位發(fā)送數(shù)據(jù)，每一個字節(jié)后面都會帶有從機(jī)的應(yīng)答信號，直到主機(jī)發(fā)送完成最后一個數(shù)據(jù)后生成一個停止信號結(jié)束此次數(shù)據(jù)的傳輸。

圖2-5

讀操作：讀操作與寫操作有一些類似，同樣的是需要確定需要讀取的從設(shè)備的地址。然后主機(jī)生成開始信號，再向IIC總線上發(fā)送從設(shè)備的地址和讀數(shù)據(jù)的指令。從設(shè)備接收到地址與自己的吻合后會產(chǎn)生一個應(yīng)答信號。就這從設(shè)備就開始向主機(jī)發(fā)送主機(jī)想要讀取的數(shù)據(jù)，主機(jī)正確接收數(shù)據(jù)后會向從機(jī)回復(fù)應(yīng)答信號，當(dāng)主機(jī)想要結(jié)束讀取操作時，主機(jī)會回復(fù)一個非應(yīng)答信號，然后生成停止信號結(jié)束數(shù)據(jù)的讀取。

圖2-6

2.3.?????傳輸示例

圖2-7

如圖2-7所示是示波器采集的IIC信號，我們通過自己的觀察得到這一段IIC包含的信息，主機(jī)向地址為0XA0 的設(shè)備寫入0X0C。

通過示波器我們可以觀察到IIC信號真實(shí)的模樣， 但是我們也可以體會到示波器在分析數(shù)字信號的過程中有很多不便之處。

（1）??示波器分析通道比較少：

一般我們使用的示波器都是雙通道，而剛好IIC總線只有兩根線組成，但是當(dāng)我們需要測量的數(shù)字信號時由多根線組成的話（比如說spi），用兩通道的示波器就不方便我們使用。

（2）??示波器的存儲深度比較?。阂话銇碇v示波器的存儲深度有限，有與存儲深度和采樣率采樣時長有很大的聯(lián)系：

存儲深度=采樣率X顯示時間

那么在上面的公式的原則下，示波器的存儲深度是一定的，我們想要設(shè)置較高的采樣率的話就無法顯示較長的波形，如圖2-8所示，想要的到足夠長的波形的話采樣率則會不足，如圖2-9所示。

圖2-8

圖2-9低采樣率

?

（3）??沒有協(xié)議解碼功能：

如圖2-7所示，示波器抓取到的波形只有光禿禿的波形，我們需要自己將波形放大去仔細(xì)辨認(rèn)才能得到其中的信息。

圖2-10邏輯分析儀解碼結(jié)果

而相比于示波器邏輯分析儀能更好的輔助工程師抓取，識別數(shù)字信號。如圖2-10所示邏輯分析儀帶有解碼功能，它可以自動幫助工程師讀取出其中數(shù)據(jù)。邏輯分析儀的通道數(shù)量一般都在16個以上，并且在存儲深度這方面，邏輯分析儀要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于示波器，因此他可以記錄很長的數(shù)據(jù)。

?

3.?邏輯分析儀準(zhǔn)備

邏輯分析儀使用詳情可參考：https://www.dreamsourcelab.com/doc/DSView_User_Guide.pdf

3.1.?????設(shè)備連接和狀態(tài)檢查

邏輯分析儀帶有一個type-c的接口，使用正確的連接線價格邏輯分析儀接入電腦的USB接口（如果邏輯分析儀是支持USB 3.0 接口的話接入USB 2.0接口會影響其最高速率）。一定要等到邏輯分析儀指示燈顯示為綠燈和軟件上顯示為正確的儀器設(shè)備，此時才能正確地操作和使用邏輯分析儀。

圖3-1

3.2.?????被測信號連接

正常連接好USB后，邏輯分析儀會亮綠燈，再將排線插入邏輯分析儀的檢測通道。排線四個通道分為一組，基礎(chǔ)版設(shè)備4個通道配一根地線，增強(qiáng)版每一個通道都配有地線，由于一般情況下的IIC速率都比較小，所以我們只需要連接兩個通道和一根公共地線就行了。

圖3-2

4.?波形抓取和協(xié)議分析

4.1.?????采集設(shè)置

采集時長、采樣率：關(guān)于采樣率和采樣時長，我們需要明白的一點(diǎn)是他們都和存儲深度有關(guān)。存儲深度=采樣率*窗口顯示時長

IIC總線的傳輸速率一般是幾百KHZ，我們的傳輸速率設(shè)置為幾MHz就行。這里我們采用4MHz的采樣率對IIC進(jìn)行采樣。這里不同的采樣率下邏輯分析儀的最長采樣時長是不一樣的，DSView會根據(jù)你設(shè)置的采樣率來計(jì)算出最長的采集時長。你可以根據(jù)自己的數(shù)據(jù)量選擇相應(yīng)的采樣時長。

? 圖4-1

運(yùn)行模式和閾值：DSView中邏輯分析儀抓取信號的運(yùn)行模式有stream和buffer模式。stream模式下不同通道數(shù)有不同的最高采樣率，而buffer模式下最高采樣率是固定的。另外就是由于stream模式采用的是PC的內(nèi)存所以有很長的采樣深度。DSView的電壓閾值可以設(shè)置的范圍是0~5V之間。通常的3.3V數(shù)字系統(tǒng)，我們設(shè)置閾值電壓為1.0V就可以，如果設(shè)置太低或者太高會導(dǎo)致信號不精準(zhǔn)。

圖4-2

這里需要注意的是stream模式下DSView無法進(jìn)行高級觸發(fā)，只能進(jìn)行一些簡單觸發(fā)，如果需要用邏輯分析儀抓取特定的數(shù)據(jù)的話需要將運(yùn)行模式調(diào)整到buffer模式下。

圖4-3

4.2.?????觸發(fā)條件設(shè)置和采集

簡單觸發(fā)：簡單觸發(fā)只需要通過設(shè)置某個通道的觸發(fā)條件就可以實(shí)現(xiàn)信號的抓取。如圖4-4所示我們設(shè)置觸發(fā)條件為當(dāng)通道1產(chǎn)生邊沿信號，當(dāng)通道1產(chǎn)生上升沿或者下降沿的時候就會觸發(fā)。

圖4-4

采集：DSView能夠?qū)崿F(xiàn)立即和正常捕獲。立即捕獲可以理解為立即抓取當(dāng)前的IIC信號，不會顧及觸發(fā)條件。當(dāng)你的IIC信號比較短，并且你設(shè)置的采樣時長比較短時可能會抓取不到波形。

正常捕獲只需要點(diǎn)擊開始按鈕（或者按鍵盤S鍵）就可以進(jìn)入正常捕獲模式。正常捕獲可以響應(yīng)觸發(fā)條件，并且可以設(shè)置采集模式。

圖4-5

DSView運(yùn)行單次采集和重復(fù)采集。單次采樣只允許你采集一次便會停止采集。重復(fù)采集是完場一次采集后等待響應(yīng)的時間間隔后又會重新開始采集并不斷這樣的循環(huán)。如圖4-6所示我們可以設(shè)置間隔采集的時間，設(shè)置范圍為1~10S。

圖4-6

4.3.?????波形查看和測量

縮放：波形的縮放通過鼠標(biāo)滾輪就能夠?qū)崿F(xiàn)波形的縮放。也可以通過鍵盤上的左右鍵來縮放波形。還可以通過鼠標(biāo)右鍵框選住波形來將波形細(xì)節(jié)放大（右鍵框選只可以放大不能縮小波形）。

圖4-7右鍵框選放大

移動：按住鼠標(biāo)左鍵能夠?qū)崿F(xiàn)波形的左右移動。

頻率測量：直接將鼠標(biāo)移動到波形的中央，就可以計(jì)算這個信號的頻率，周期等信息。

圖4-8鼠標(biāo)檢測頻率

光標(biāo)運(yùn)用：當(dāng)你的波形比較長窗口無法完全顯示的時候，我們可以使用光標(biāo)標(biāo)記你想觀察的地方然后根據(jù)光標(biāo)實(shí)現(xiàn)波形位置的跳轉(zhuǎn)。在波形的上雙擊就能添加光標(biāo)，光標(biāo)的可添加數(shù)量不受限制。當(dāng)你想要實(shí)現(xiàn)位置跳轉(zhuǎn)的時候直接鼠標(biāo)右擊光標(biāo)就會出現(xiàn)相應(yīng)的序號，然后直接點(diǎn)擊序號跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的光標(biāo)。

圖4-9光標(biāo)跳轉(zhuǎn)GIF圖

4.4.?????協(xié)議添加和解碼分析

我們采集到的IIC總線上面的信號是兩條波形圖，比較生硬不利于我們了解其中包含的信息。這個時候我們就需要使用到DSView中所包含的解碼功能。解碼功能可以將IIC協(xié)議中包含的內(nèi)容以直觀的形式表現(xiàn)出來，方便我們分析。

步驟一：點(diǎn)擊菜單欄上面的解碼DSView界面右側(cè)就會出現(xiàn)添加解碼協(xié)議的窗口。

圖4-10

步驟二：在右側(cè)出現(xiàn)的窗口中選擇IIC協(xié)議，在點(diǎn)擊這個加號添加協(xié)議。

圖4-11

????步驟三：點(diǎn)擊完加號后下方就會出現(xiàn)一個IIC的協(xié)議，點(diǎn)擊左側(cè)的設(shè)置按鈕（齒輪）進(jìn)入解碼設(shè)置的窗口。

圖4-12

????步驟四：首先設(shè)置顯示的內(nèi)容，我們可以根據(jù)自己的需求設(shè)置，然后最重要的是需要將采集IIC的通道與SCL和SDA相對應(yīng)，從機(jī)地址可以顯示為包不包含讀寫位，最后解碼區(qū)域可以設(shè)置為開始到結(jié)束，這樣采集到的所有數(shù)據(jù)都會被解碼，如果想要解碼特定的區(qū)域可以添加兩條光標(biāo)，解碼區(qū)域設(shè)置為這兩條光標(biāo)之間。

圖4-13

步驟五：結(jié)果分析

圖4-14

如圖4-14所示我們設(shè)置了解碼區(qū)間為光標(biāo)1和光標(biāo)2之間的區(qū)域。這一段IIC時序表達(dá)的意思就是從地址為1010000的設(shè)備之中的0X15的內(nèi)部地址當(dāng)中讀取數(shù)據(jù)，讀出的數(shù)據(jù)位0X54。

5.進(jìn)階分析

5.1.采集技巧

循環(huán)采集：當(dāng)你遇到需要觀察一個特定的信號時采用單次可能會不方便操作。比如不同按鍵代表不同的信息，我們可以設(shè)置循環(huán)采集抓取按鍵的信息。

圖5-1

觸發(fā)定位：如果我們想觀察一段完整的波形，可以將觸發(fā)位置盡量調(diào)到最前（1%）或最后（90%）。這樣就能觀察到觸發(fā)前和觸發(fā)后的波形，如圖5-3所示。

圖5-2

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

圖5-3

5.2.高級觸發(fā)

DSView中可以使用高級觸發(fā)來分析傳輸?shù)膬?nèi)容。

步驟一：首先需要在觸發(fā)設(shè)置里面選擇高級觸發(fā)選項(xiàng)。

圖5-4

步驟二：設(shè)置觸發(fā)位置，?觸發(fā)位置可以根據(jù)自己的需要設(shè)置在任意位置。觸發(fā)的位置決定了你要抓取的信號位于你抓取的全部信號的百分比位置。設(shè)置時只需要填入數(shù)值或者用鼠標(biāo)拖動位置條。

圖5-5

步驟三：選擇串行觸發(fā)，IIC是一種串行的通信方式，所以我們選擇的是串行觸發(fā)，上面的總觸發(fā)等級只在多級觸發(fā)的時候使用。

圖5-6

步驟四：設(shè)置開始停止條件、時鐘設(shè)置。

首先需要將通道與你測試的IIC線對應(yīng)，例如通道0對應(yīng)的是SCL，通道1對應(yīng)的是SDA。IIC的開始條件為當(dāng)SCL為高電平時SDA產(chǎn)生一個下降沿，停止條件為當(dāng)SCL為高電平時SDA產(chǎn)生一個低電平，所以開始條件和停止條件設(shè)置為圖5-7左側(cè)所示。時鐘設(shè)置用來定義時鐘采樣的時刻，一般情況我們可以設(shè)置為上升沿采樣。

?圖5-7

步驟五：設(shè)置數(shù)據(jù)通道、數(shù)據(jù)位寬、數(shù)據(jù)值

數(shù)據(jù)通道指的是SDA連接的是哪個通道，這里我們連接的是1通道。由于IIC協(xié)議中每傳送1字節(jié)數(shù)據(jù)就需要一個應(yīng)答位，所以數(shù)據(jù)位寬設(shè)置為9。例如我設(shè)置在出現(xiàn)0X57這個數(shù)據(jù)時觸發(fā)，設(shè)置的數(shù)據(jù)值應(yīng)該為010101110，最后一位為應(yīng)答位。

當(dāng)然如果我們不需要抓取特定的數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)值、數(shù)據(jù)位寬、數(shù)據(jù)通道三項(xiàng)可以不用設(shè)置。

圖5-8

步驟六：查看數(shù)據(jù)

邏輯分析儀抓取的結(jié)果會顯示在主界面上面，觸發(fā)的位置就是我們想要獲得的數(shù)據(jù)的位置。

我們還可以通過列表查詢的方式來來抓取的這一串?dāng)?shù)據(jù)中的位置。如圖5-10所示，輸入要查詢的數(shù)據(jù)再點(diǎn)擊該數(shù)據(jù)就能在主界面中快速定位該數(shù)據(jù)。

圖5-9

圖5-10

5.3.Stack高階協(xié)議解析

稍微復(fù)雜一點(diǎn)的協(xié)議都會采用分層的結(jié)構(gòu)，例如使用IIC對EEPROM的讀寫操作，其協(xié)議是基于傳統(tǒng)的IIC，但是在這其中還包含了更多的含義。

我們以對EEPROM操作展示Stack高階協(xié)議解析過程

操作步驟：

（1）選擇“1：IIC”。IIC協(xié)議添加“1：IIC”不能添加“0：IIC”，“0：IIC”不能顯示多層協(xié)議。

圖5-11

（2）點(diǎn)擊“多層協(xié)議”

圖5-12

（3）添加對應(yīng)的EEPROM協(xié)議

圖5-13

（4）??得到結(jié)果

從結(jié)果可以看出，這5層的解碼將IIC協(xié)議通訊的從每一位到整體的意義描述的很詳細(xì)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

圖5-14

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1. 協(xié)議基礎(chǔ)

1.1.????協(xié)議簡介

? ?UART是“Universal Asynchronous Receiver/Transmitter”，通用異步收發(fā)器的縮寫。在19世紀(jì)60年代，為了解決計(jì)算機(jī)和電傳打字機(jī)通信，Bell發(fā)明了 UART協(xié)議，將并行輸入信號轉(zhuǎn)換成串行輸出信號。因?yàn)閁ART簡單實(shí)用的特性，其已經(jīng)成為一種使用非常廣泛的通訊協(xié)議。我們?nèi)粘＝佑|到的串口，RS232，RS485等總線，內(nèi)部使用的基本都是 UART協(xié)議 。

? ?為了更好的理解和分析協(xié)議與總線的關(guān)系，我們通常把一個完整的通訊規(guī)范劃分成物理層，協(xié)議層以及應(yīng)用層。物理層只定義真實(shí)的信號特性（比如電壓，電流，驅(qū)動能力等），以及電信號與邏輯信號0和1的對應(yīng)關(guān)系；協(xié)議層不關(guān)心底層的0和1具體怎么實(shí)現(xiàn)，只規(guī)定邏輯信號的協(xié)議規(guī)范以及通訊過程（例如起始，數(shù)據(jù)以及結(jié)束等）；應(yīng)用層不關(guān)心數(shù)據(jù)是怎么獲取的，只定義數(shù)據(jù)表示的意義，以及如何實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 1?1 通訊協(xié)議的分層實(shí)現(xiàn)

? ? ?最簡單的UART協(xié)議應(yīng)用，通常物理層只需要兩根傳輸線，一根用于發(fā)送，一根用于接收，從而實(shí)現(xiàn)全雙工通訊。對于單向傳輸，也可以只使用一根傳輸線。此類應(yīng)用最典型的實(shí)例就是單片機(jī)的RX/TX端口互相連接，從而實(shí)現(xiàn)基于TTL電平的UART通訊。對于不同的傳輸距離以及可靠性的要求，替換不同的物理層實(shí)現(xiàn)既可以得到我們常見的RS232、RS485等通訊總線。

1.2.???不同的物理層實(shí)現(xiàn)

? ? ?由于UART協(xié)議層的輸入是邏輯0/1信號，而邏輯0/1信號在物理層可以通過不同的電平標(biāo)準(zhǔn)來區(qū)分。針對不同的通訊需求，便可以使用不同的物理層實(shí)現(xiàn)。例如簡單的板內(nèi)通訊，或者常見的設(shè)備調(diào)試場景，使用簡單的LVTTL/TTL電平即可在兩個設(shè)備間進(jìn)行UART協(xié)議通訊。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 1?2 不同的物理層電平標(biāo)準(zhǔn)

? ? ? 通用的串口則使用的是RS232電平，可以增加傳輸距離，并且抵抗一定程度的信號干擾。付出的成本則是在物理層需要對應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換芯片來實(shí)現(xiàn)，發(fā)送端需要將內(nèi)部的高低電平信號轉(zhuǎn)換成電壓更高的+/-電壓信號，接收端需要將+/-電壓信號轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的高低電平信號。

在工業(yè)通訊的場景下，為了進(jìn)一步提高傳輸距離，以及增強(qiáng)信號的可靠性，一般會采用RS485的電平標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)送端將普通的高低電平信號轉(zhuǎn)換成一對差分信號，在接收端將差分信號再轉(zhuǎn)換成普通的高低電平信號。另外，RS485允許總線上連接多達(dá)128收發(fā)器，而TTL或者RS232則是點(diǎn)對點(diǎn)的連接。

1.2.1.????基于TTL的UART通訊

? ? ?基于TTL的UART通訊，是UART協(xié)議應(yīng)用最簡單的使用場景。即直接把數(shù)字I/O輸出的高低電平作為實(shí)際的物理信號進(jìn)行傳輸。在物理連接上，只需要設(shè)備共地，通過一根信號線即可完成單向的設(shè)備通訊。如果需要雙向全雙工，使用兩根信號線即可。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 1?3 基于TTL的UART通訊

? ? ?為了對比不同物理層實(shí)現(xiàn)的差別，我們可以觀察發(fā)送相同數(shù)據(jù)時，不同物理層的實(shí)際信號有何不同。這里以發(fā)送字符‘D‘為例，通過璞石示波器，直接觀察TTL實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)男盘枺ㄌ筋^接地端連接設(shè)備共地端，探頭信號端連接上圖藍(lán)色信號線），可以獲得如圖?1?4所示的信號波形。從波形可以看出，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳輸時，UART信號會一直保持在高電平（具體信號幅度由I/O的供電電壓決定），數(shù)據(jù)傳輸時信號發(fā)生跳變，傳輸完成后信號重新回到空閑的高電平狀態(tài)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 1?4 TTL的UART信號波形

1.2.2.?????基于RS232的UART通訊

? ? ? 為了增強(qiáng)驅(qū)動能力，以增加傳輸距離和可靠性，RS232總線采用了雙極性電壓信號來進(jìn)行物理傳輸。信號在發(fā)送/接收之前，通過電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)內(nèi)部信號和總線信號的互相轉(zhuǎn)換。連接方式和TTL電平完全相同，整個物理層只是多了一層電平轉(zhuǎn)換。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 1?5 基于RS232的UART通訊

同樣以發(fā)送字符‘D‘為例，璞石示波器的探頭連接到信號端，可以采集到如圖?1?6所示的實(shí)際波形?？梢钥闯?，RS232波形在空閑時為負(fù)電壓，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時，信號開始在正負(fù)電壓之間跳變，傳輸完成后重新回到空閑的負(fù)電壓狀態(tài)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 1?6 RS232的UART波形

1.2.3.?????基于RS485的UART通訊

? ? ? RS485為復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，和其它UART協(xié)議的物理層相比，RS485總線最大的特點(diǎn)就是使用了差分信號傳輸。信號在發(fā)送之前，通過RS485的收發(fā)器把單端信號轉(zhuǎn)換成差分信號，再發(fā)送到總線上進(jìn)行傳輸；同樣在接收之前，總線上的差分信號通過收發(fā)器的轉(zhuǎn)換變成單端信號再送給UART控制器進(jìn)行接收。在RS485總線上，如果希望進(jìn)行全雙工的雙向通訊，需要兩對差分信號線（即4根信號線）。如果只進(jìn)行半雙工的雙向通訊，則僅需要一對差分信號即可。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 1?7 基于RS485的UART通訊

? ? ? 還是以發(fā)送字符‘D‘為例，使用璞石示波器2個通道的探頭（共參考地），分別連接到其中一對差分信號的A/B端，可以采集到如圖?1?8所示的實(shí)際波形?？梢钥闯觯珹/B端的波形為互補(bǔ)關(guān)系。A端波形為正向邏輯（空閑時為正電壓），B端波形為反向邏輯（空閑時為負(fù)電壓）。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 1?8 RS485的UART波形

2.????????協(xié)議規(guī)范

2.1.??????UART幀結(jié)構(gòu)

? ? ? 在上一節(jié)的介紹中，我們通過璞石示波器觀察了實(shí)際的UART波形，那么這個波形到底是怎么被準(zhǔn)確的識別成字符‘D‘，而不是其它內(nèi)容的呢？這就涉及到UART協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的定義。如圖?2?1所示：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2?1 UART協(xié)議幀結(jié)構(gòu)

? ?當(dāng)兩個設(shè)備需要通過UART協(xié)議進(jìn)行通訊時，它們需要同時約定好以下內(nèi)容：

• 每一位信號的時間長度T（波特率?= 1/T）
• 幀結(jié)構(gòu)中每一項(xiàng)的具體位數(shù)
• 是否有校驗(yàn)位，以及校驗(yàn)位的機(jī)制（奇/偶/..）

有了這些約定，接收設(shè)備只需要等待起始位的到來，再對之后的波形進(jìn)行固定間隔的采樣即可獲得傳輸?shù)木唧w信息。以字符‘D‘的波形為例，其解析過程如圖?2?2所示：

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2?2 UART波形分析

2.1.1.? ? ?波特率

? ? ? 波特率是UART協(xié)議，或者說所有異步串行協(xié)議，非常重要的一個概念，即單位時間內(nèi)（1秒）可表示的bit位個數(shù)，或者也可以表述為bit位寬的倒數(shù)。例如一個波特率為115200的UART波形表示1秒可容納115200個bit位，也就是說每一位bit數(shù)據(jù)占大約8.68uS的時長。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2?3 波特率的定義

? ? ? ?UART等異步串行協(xié)議，為了簡化信號物理連接，降低通訊成本，一般只有一根信號線，無法同時傳輸數(shù)據(jù)和時鐘信號。收/發(fā)設(shè)備為了正確解析波形就需要在相同的波特率設(shè)置下。而相同的波形使用不同的波特率獲取的信息可能會完全不同。對于接收設(shè)備來講，只有起始位可以作為一幀數(shù)據(jù)的同步點(diǎn)，其它數(shù)據(jù)都是通過波特率來確定具體的取樣位置。

還是以字符‘D’的波形為例，如圖?2?4所示，如果用錯誤的波特率接收，就可能會得到完全錯誤的數(shù)據(jù)信息。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2?4 波特率錯誤

2.1.2.?????空閑位

? ? ? 設(shè)備之間不傳輸數(shù)據(jù)時以持續(xù)的高電平表示空閑?？臻e位持續(xù)時間越長，兩個數(shù)據(jù)幀間隔也越長，單位時間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就越少。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2?5 空閑位

2.1.3.??????起始位

UART接收端會一直檢測信號線上的電平變化，開始傳輸數(shù)據(jù)時，發(fā)送端將信號線從高電平拉到低電平結(jié)束空閑狀態(tài)，并保持一個bit位的時長。接收器檢測到高低電平轉(zhuǎn)換時，開始接收信號。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 2?6 起始位

2.1.4.?????數(shù)據(jù)位

? ? ? 數(shù)據(jù)位包含傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)，如果使用了奇偶校驗(yàn)，那么數(shù)據(jù)位長為5~8 bits，如果沒有使用奇偶校驗(yàn)，則位長為5~9 bits。在一般情況下，數(shù)據(jù)位為?8 bits，數(shù)據(jù)首先從最低有效位開始發(fā)送，高位在后。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2?7 數(shù)據(jù)位

2.1.5.????校驗(yàn)位

? ? 校驗(yàn)位可以用來提高傳輸?shù)目煽啃浴Ｈ绻盘栐趥鬏斶^程中因?yàn)楦蓴_而導(dǎo)致某些位置的電平產(chǎn)生錯誤，通過計(jì)算接收的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位是否匹配即可判斷數(shù)據(jù)是否有傳輸錯誤，從而給應(yīng)用層提供有效信息來決定接受/丟棄對應(yīng)的數(shù)據(jù)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2?8 校驗(yàn)位

2.1.6.????停止位

? ? ? 停止位表示一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束，實(shí)際信號是一段時間的高電平。停止位的時間長短可以設(shè)置為1、1.5或者2bits的停止位。大部分情況使用1bit的停止位。

因?yàn)閁ART是一個異步協(xié)議，每一幀的開頭可以用跳變沿來同步，但是停止位只能通過波特率來計(jì)算相對位置，如果在停止位的位置識別到一個低電平，則會產(chǎn)生幀錯誤。在通訊過程中，為了減少波特率的誤差導(dǎo)致的問題，可以設(shè)置不同的停止位長度來適配。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 2?9 停止位

3.???使用邏輯分析儀分析UART通訊

3.1.????示波器vs邏輯分析儀

? ? ? ?示波器作為主要的通用測試測量儀器，在觀察模擬信號的細(xì)節(jié)方面有著天然的優(yōu)勢。比如說實(shí)時運(yùn)行，配合高波形刷新率，可以方便的觀察到突發(fā)的異常信號；再比如進(jìn)行噪聲評估以及信號質(zhì)量優(yōu)化時，示波器可以很好的對比同一條總線上，不同節(jié)點(diǎn)上信號的異同，從而找出隱藏的信號完整性問題。

? ? ? 但是示波器亦天然有著一些不方便的地方，除去通道少，屏幕普遍偏小，操作沒有電腦+鼠標(biāo)的方式靈活可控這些形態(tài)上的問題，針對數(shù)字信號的采集和分析，示波器最大的問題就是存儲深度太小。一臺幾十萬元的示波器存儲深度也可能只有幾百M(fèi)pts。同時，因?yàn)榇鎯ι疃鹊南拗?，?dāng)需要做稍微長一點(diǎn)時間的采集時，示波器的真實(shí)采樣率就會劇烈的下降，導(dǎo)致采集到的波形無法還原真實(shí)的信號，失去了分析的意義。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?1 璞石示波器分析UART信號

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?2 DSLogic分析UART信號

? ? ? ?邏輯分析儀是只針對數(shù)字信號采集和分析而專門設(shè)計(jì)的測試測量儀器，其采集出來的波形結(jié)果只有高低電平兩個狀態(tài)（也就是邏輯上的0和1）。但是卻很好的彌補(bǔ)了示波器在采集和分析數(shù)字信號上的不足。

1. ?1.?????大部分邏輯分析儀都是在PC上操作，借助桌面處理器的強(qiáng)大性能，以及成熟操作系統(tǒng)的交互體驗(yàn)，極大了提升了數(shù)字信號分析的便捷性和效率。
2. ?2.?????邏輯分析儀通道數(shù)多，入門級別的DSLogic邏輯分析儀就有16個通道可以同時采集，用戶也可以以非常合理的成本獲取擁有幾十個，甚至上百個通道的邏輯分析儀產(chǎn)品。
3. ?3.?????邏輯分析儀的存儲深度更大，比如DSLogic在stream模式下可以達(dá)到16G的存儲深度，并且同時保持相當(dāng)高的采樣率，遠(yuǎn)超絕大多數(shù)示波器的采集能力。
4. ?4.?????邏輯分析儀普遍提供豐富的協(xié)議解碼功能，可以對數(shù)字信號進(jìn)行深入的分析。例如DSLogic目前支持的解碼協(xié)議就多達(dá)100多種。大部分示波器的解碼能力有限，而且大多需要單獨(dú)購買相應(yīng)的插件。

我們接下來將重點(diǎn)介紹如何使用邏輯分析儀進(jìn)行各種情形下UART信號的采集和分析。

3.2.????建立邏輯分析儀的測試環(huán)境

3.2.1.?????DSLogic的連接

DSLogic是一款基于USB連接的便攜式邏輯分析儀。DSLogic主機(jī)負(fù)責(zé)信號采集和緩存，然后通過USB把數(shù)據(jù)傳輸給PC上的上位機(jī)軟件DSView。DSView負(fù)責(zé)波形數(shù)據(jù)處理，顯示，分析，以及對應(yīng)的人機(jī)交互功能。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?3 連接DSLogic到PC

? ? ?使用時，只需要將DSLogic主機(jī)通過USB數(shù)據(jù)線直接連接到PC主板上的USB端口，打開DSView軟件，并確認(rèn)DSLogic主機(jī)上的指示燈變?yōu)槌＞G狀態(tài)。此時便完成了邏輯分析儀的連接和初始化工作。如圖?3?4所示，在DSView軟件上可以觀察到左上角的當(dāng)前設(shè)備名稱，以及對應(yīng)的連接狀態(tài)。

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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?4 DSLogic連接狀態(tài)

3.2.2.??????UART信號連接

? ? ? 對于所有的測量來講，測試設(shè)備和被測信號必須基于一個共同的參考平面，也就是通常我們所說的接地，這樣被測信號才能被正確采集和測量。在某些情況下，會遇到?jīng)]有做顯性的接地，但是測量結(jié)果貌似沒有問題的情景，這是因?yàn)闇y量設(shè)備與被測信號通過其它的方式進(jìn)行了共地連接，比如使用的同一個電源供電，或者參考地同時接入了市電的接地端等等。但是在進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y量時，測量設(shè)備應(yīng)根據(jù)被測信號進(jìn)行就近接地處理。被測信號到測量設(shè)備的信號接地端環(huán)路面積越大，信號就越容易被干擾，從而產(chǎn)生測量誤差甚至測量錯誤。

? ?針對UART信號來講，接入邏輯分析儀時，最簡單的情況只需要連接2根線，一根接參考地，一根接被測信號即可。針對我們之前提到的UART協(xié)議的不同物理層實(shí)現(xiàn)，信號連接的方式會稍有不同。

例如對于TTL電平的UART信號，除了連接參考地之外，只需要連接需要測試的信號（TX或者RX）分別接入邏輯分析儀對應(yīng)的通道輸入即可。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?5 TTL信號與邏輯分析儀連接

? ? ? 對于RS232總線信號，我們既可以直接測量電平轉(zhuǎn)換之后的總線信號（DSLogic在排線輸入端的耐壓范圍為+-30V，RS232的+-15V的信號范圍可以直接接入），也可以測量電平轉(zhuǎn)換之前的內(nèi)部數(shù)字信號。其接線的方式和TTL信號一致，唯一需要注意的是RS232信號對電平進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)（空閑時為負(fù)電壓，即低電平），在進(jìn)行UART協(xié)議解碼時，我們可以在DSView的解碼設(shè)置窗口進(jìn)行對應(yīng)的信號電平翻轉(zhuǎn)（Invert Signal選項(xiàng)設(shè)置為yes）。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?6 RS232信號與邏輯分析儀連接

? ? ? RS485總線使用的是差分信號，當(dāng)我們用邏輯分析儀進(jìn)行信號采集時，需要特別注意被測信號的連接方式。首先，邏輯分析儀的參考地需要連接到對應(yīng)的被測設(shè)備RS485收發(fā)器的參考地，這樣才可以保證邏輯分析儀有正確的電平參考平面；其次，對于差分信號，邏輯分析儀只需要采集到與內(nèi)部信號同極性的高低電平即可。從數(shù)字信號的角度來講，差分的方式只是提高信號傳輸?shù)目煽啃?，不增加額外的信息量。如圖?3?7所示，使用邏輯分析儀測試485總線信號時，連接對應(yīng)設(shè)備收發(fā)器的參考地，以及差分總線上的的A+信號即可。

當(dāng)然，如果只能采集到B-信號，我們也可以在DSView進(jìn)行解碼時，設(shè)置UART解碼器進(jìn)行信號翻轉(zhuǎn)的方式來得到正確的協(xié)議解析結(jié)果。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?7 RS485總線與邏輯分析儀連接

3.2.3.??????閾值設(shè)置

? ? ? ?邏輯分析儀的閾值為高低電平的判決電壓，也就是說當(dāng)輸入信號電壓高于閾值電壓時，采集到的便是高電平；當(dāng)輸入信號電壓低于閾值電壓時，采集到的便是低電平。

針對UART協(xié)議，我們之前已經(jīng)介紹了其有不同的物理層實(shí)現(xiàn)，不同的物理層實(shí)現(xiàn)有不同的電平標(biāo)準(zhǔn)。我們只需要選擇一個對應(yīng)的閾值可以區(qū)分不同情況下的高低電平即可。如圖?3?8所示的閾值基本可以滿足這個要求。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?8 UART信號的閾值設(shè)置

? ? ? 在某些情況下，因?yàn)榕渲没蛘哒{(diào)試的需要，RS485總線的差分信號幅度可能在比較大的范圍變動。因?yàn)镽S485的規(guī)范規(guī)定只要A-B之間的差分電壓大于200mV既可以認(rèn)為是高電平。此時我們可以借助璞石示波器，觀察實(shí)際的信號電平幅度，再來決定合適的閾值設(shè)置。只需要確保設(shè)置的閾值電壓可以合理的分辨出高低電平即可。

3.3.?????簡單的UART信號采集

? ??? 絕大部分UART信號都是低速信號，例如最常用的波特率115200，表示信號頻率只有115.2KHz。使用DSLogic的默認(rèn)設(shè)置即可直接采集到此類信號。此處以主機(jī)固定1s間隔，重復(fù)發(fā)送字符‘D‘為例，介紹如何使用邏輯分析儀采集和分析此類UART信號。

3.3.1.? ??信號采集

? ? 在準(zhǔn)備好硬件和信號連接之后，直接點(diǎn)擊DSView軟件的“開始“按鈕，就可以以默認(rèn)設(shè)置（1MHz采樣率采集1s時長）采集被測信號。如果希望修改采樣率和采集時長，直接在對應(yīng)下拉框中選擇對應(yīng)的參數(shù)即可。采樣率的設(shè)置原則推薦為被測信號最高頻率的10倍或以上，例如對于115200波特率的UART信號，每個Bit的最大持續(xù)時間約為8.68μs，當(dāng)選擇1M采樣率時，每bit信號會有8或者9個采樣點(diǎn)，對應(yīng)的相位誤差為+-1/8（12.5%）；當(dāng)選擇10M采樣率時，每bit信號會有86或者87個采樣點(diǎn)，對應(yīng)的相位誤差為+-1/86（1.16%）。當(dāng)然一般情況下也不推薦使用過高的采樣率，因?yàn)椴蓸勇试礁吣懿杉臅r長就越短，另外采樣率過高可能采集到慢速信號單個跳變沿的多次跳變，從而給協(xié)議解碼帶來困擾。圖 3?9便是使用默認(rèn)設(shè)置采集得到的信號波形。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?9 默認(rèn)采集

? ? ? ?從圖?3?9可以看出，通道0采集到持續(xù)為高電平的信號，但是并沒有發(fā)現(xiàn)有任何跳變。仔細(xì)觀察波形窗口上面的時間標(biāo)尺以及窗口底部的滾動條，可以得知當(dāng)前窗口顯示的只是采集到的部分波形，不是全部信號。此時可以通過鼠標(biāo)滾輪縮放，或者在波形區(qū)域右鍵雙擊的方式顯示整個采集時長的所有波形。得到如圖?3?10所示的結(jié)果。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?10 顯示整個采集窗口

? ? ? ?在上圖的基礎(chǔ)上，我們希望只觀察通道0的跳變部分?？梢栽凇斑x項(xiàng)”窗口關(guān)閉其它通道的波形顯示，調(diào)節(jié)通道信號的顯示高度。然后將鼠標(biāo)指向目標(biāo)波形，并同時通過鼠標(biāo)滾輪放大所指位置的波形；或者可以通過按住鼠標(biāo)右鍵框選希望放大的波形區(qū)域。另外，按住鼠標(biāo)左鍵可以對波形進(jìn)行左右移動。得到如圖?3?11所示的波形細(xì)節(jié)。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?11 觀察波形細(xì)節(jié)

? ? ? ?在觀察波形時，把鼠標(biāo)放到脈沖波形上既可以顯示當(dāng)前信號的脈沖寬度，周期，頻率以及占空比等信息。同時，也可以通過鼠標(biāo)雙擊左鍵的方式添加光標(biāo)，移動光標(biāo)時會自動吸附到靠近的跳變沿。

3.3.2.?????UART解碼

? ? 邏輯分析儀采集到的信號波形只有高低電平（0/1）在時間上的變化，這不利于我們對信號傳輸?shù)倪^程和內(nèi)容進(jìn)行有針對性的分析。雖然我們可以根據(jù)協(xié)議規(guī)范，用肉眼來翻譯波形對應(yīng)的協(xié)議內(nèi)容，但是將大大降低分析的效率。DSView自帶的解碼器可以提供豐富的協(xié)議解碼內(nèi)容，使得枯燥的波形變成有意義的字符，標(biāo)記以及數(shù)據(jù)內(nèi)容。極大的方便了工程師對信號的分析和理解，從而找出錯誤信息或者關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

在DSView軟件里對已經(jīng)采集到的波形進(jìn)行協(xié)議解碼非常簡單，只需要打開“解碼”面板，搜索到對應(yīng)的解碼器（這里我們選擇1:UART協(xié)議），設(shè)置對應(yīng)解碼器的選項(xiàng)（包括顯示/通道/幀結(jié)構(gòu)/格式等），確定之后軟件就會開始對選定通道進(jìn)行UART的協(xié)議解碼。并在協(xié)議通道顯示解碼的結(jié)果。如圖?3?12所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?12 添加UART解碼

? ? ? 在選擇解碼器時，DSView提供便捷的協(xié)議搜索功能，只需要在協(xié)議搜索框輸入關(guān)鍵字符，DSView便會列出所有包含這些字符的解碼器，用戶在其中選擇正確的解碼器即可。如圖?3?13所示和UART相關(guān)的有兩個協(xié)議0:UART和1:UART，其中0:UART是一個簡化的解碼器，其不進(jìn)行bits信息的解析，也不支持高層協(xié)議的堆疊，當(dāng)我們只想獲取波形對應(yīng)的數(shù)據(jù)時，可以使用此簡化協(xié)議來減少解碼的時間和占用的內(nèi)存資源。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?13 協(xié)議搜索

? ? ? 解碼器的設(shè)置窗口有很多和解碼相關(guān)的設(shè)置選項(xiàng)，不同協(xié)議的設(shè)置窗口內(nèi)容也會不同。其中有一些所有解碼器都必須設(shè)置的選項(xiàng)，比如通道和協(xié)議信號之間的對應(yīng)關(guān)系。此處我們使用的是通道0抓取的UART信號，那么對應(yīng)的需要解碼的通道就應(yīng)該設(shè)置成通道0。

和協(xié)議相關(guān)的設(shè)置選項(xiàng)我們在幀結(jié)構(gòu)的部分都有詳細(xì)講解，在實(shí)際操作種也可以通過串口的上位機(jī)軟件（串口調(diào)試助手等）來獲取這些信息。如圖?3?14所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖 3?14 協(xié)議相關(guān)的選項(xiàng)

? ? 對于解碼的數(shù)據(jù)內(nèi)容，DSView支持不同的顯示格式。例如之前采集的UART信號按照ASCII碼的方式顯示字符‘D’，也可以修改成十六進(jìn)制（Hex）的顯示方式，結(jié)果便會顯示0x44。如圖?3?15所示。目前支持的顯示格式有：hex（十六進(jìn)制）、dec（十進(jìn)制）、oct（八進(jìn)制）、bin（二進(jìn)制）以及ascii碼。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 圖 3?15 格式選擇

3.4.?????單次UART傳輸?shù)牟杉?/strong>