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数控机床维修常用诊断仪器（三）逻辑分析仪

2022年10月26日 19:38:36 来源：泊头巨人重工机械有限公司 >> 进入该公司展台阅读量：9

逻辑分析仪是专门用于观测数字信号的测试仪器，它同时具有多线示波器和其他自动测试仪的优点，是一种功能很强的微型计算机调试维护和故障检测工具泊头巨人重工机械有限公司是一家专业生产、立车、数控立车、数控龙门铣床、龙门加工中心、数控落地镗铣床的生产厂家，对逻辑测试笔的选择和应用也有一定的心得。
    逻辑测试仪和一般的示波器及其他测试仪器相比，具有如下特点：
    ①有足够多的输入通道，能够同时观测很多路数据流信息或控制流信息，并以某种方式捕捉窄脉冲干扰；
    ②有延时的能力，能够捕捉所需观察点前后的波形，具有多种捕捉数字信息的功能；
    ③有记忆能力，能看到偶然的出错信息，并可以从记忆的状态中寻找故障源；
    ④有直接而灵活的显示方式，能进行信息的交换，可以二进制、八进制、十六进制或ASCⅡ码显示信息，方便程序的修改和调试；
    ⑤有多种触发方式，可以在很长的数据流中，对所观察分析的那部分信息做出准确定位，从而捕获对分析有用的信息。对于软件分析，可以利用其触发功能跟踪运行中的程序；对于硬件分析，触发功能可以解决检测与显示微机系统中存在的干扰和毛刺；
    ⑥有限定能力，即对所获得的数据进行鉴别挑选的能力，用以解决对单方向数据传输情况的观察以及多用总线的分析问题。由于限定能力可以删除与分析无关的数据，从而有效地提高了逻辑分析仪内存的利用率；
    ⑦有驸动时域仪的能力。数据流状态值发生的错误，有时来源于时域的某些失常。引起失常的原因往往是毛刺、噪声干扰或时序的差错。逻辑分析仪能够对数据错误进行定位，找到窄脉冲出现的时刻，同时输出一个同步信号去触发示波器，从而能在示波器上观察到失常信号的真实波形。逻辑分析仪驱动时域仪的能力，弥补了它在进行电性能分析方面的某些缺陷；
    ⑧有可靠的毛刺榆测能力。由于数字电路的竞争现象、信号间串扰、外界干扰和通过电源耦合等原因，常常使信号中夹杂着不规则的毛刺，这是引起电路运行出错的重要因素。逻辑分析仪能够通过特殊的毛刺检测技术捕捉并显示毛刺。
    1．逻辑分析仪的结构原理
    逻辑分析仪，按功能和结构主要分为两大类。一类是逻辑状态分析仪（LSA)，一类是逻辑定时分析仪(LTA)。这两类仪器的基本结构相似，主要区别表现在显示和定时方式上。
    逻辑状态分析仪用数宁0或1或助记符显示被榆测的逻辑状态，因而显示直观，从而可以从大量数码中发现错码，进行功能分析，其状态显示如图l-18a所示。逻辑状态分析仪是用来对系统进行实时状态分析，检查在系统时钟作用下总线上的信息状态，因此它的内部没有时钟发生器。它用被测系统时钟来控制记录。与被测系统同步工作，这是它的主要特点。逻辑状态分析仪主要用于软件分析，有效地解决了程序的动态调试问题，所以有时也叫软
件分析仪。

    逻辑定时分析仪用时间图来显示被测信号，被测信号被显示成一连串类似方波的伪波形，逻辑“l”、“0”分别用高、低电平来表示，其定时显示如图l-18b所示。逻辑定时分析仪用来考查两个系统时钟之间的数字信号的传输情况和时间关系，因此其内部装有时钟发生器。在内部时钟控制下记录数据，与被测系统异步工作，这是定时仪的主要特点。定时仪主要用于测试和检测硬件。
    在微机系统的调试和故障诊断中，往往同时需要这两类分析仪，因此，近年来出现了把状态仪和定时仪合在一起的逻辑分析仪。这种分析仪同时具有状态和定时两种分析能力，两者之间可以进行有效的交互触发，通过软件和硬件之间的相互作用来判断故障的因果关系。交互触发的因果关系是把故障现象作为结果，用以作为触发条件去触发和引导可能导致该故障现象的信号通道，借以查明故障原因。逻辑分析仪按性能和价格可分为三类：①廉价型逻辑分析仪；②通用型逻辑分析仪；③高性能逻辑分析仪。
    廉价型逻辑分析仪的主要特点是功能比较简单，价格低廉。这种逻辑分析仪中的定时分析仪有简单的触发功能，常作为多通道示波器使用。状态分析的序列触发级数少于4级，通道数不超过32个，内部采样时钟频率常低于50MHz。这种逻辑分析仪，常用于8位微机的分析和故障诊断，便携式逻辑分析仪即属于这种类型。其代表产品有EE4511、K50、TEK318、
TEK338、DOLCH4050、MLA100、HH4511、SL4、NM4512、DLG7050等。
    通用逻辑分析仪的特点是功能强，适用面广。一般此类产品的通道数不少于40个，内部采样时钟频率高于50MHz，内存容量1KB左右。从功能上看，定时分析有毛刺检测与毛刺触发功能；状态分析4级以上的序列触发，而且一般都有多种反汇编、双CPU跟踪、交互分析、多总线分析以及系统性能分析等功能。除此之外，还有大量附件支持。这类逻辑分析仪主要用于16位微机分析仪和故障检测，代表产品有HP1650A、LA64、K115、SEI620、
PM3570、TEK1241、HP1631等。
    高性能逻辑分析仪的通道数不少于64个，内部采样时钟频率不低于200MHz，内存容量4KB以上，有数据输出能力，数据发生器输出通道数不大于40个。为了满足不同测试的需要，高性能逻辑分析仪通常都采用模块化结构，以便组成多种类型的逻辑分析仪。高性能逻辑分析仪的典型产品有HP16500A、DAS9200等。
    尽管逻辑分析仪的种类很多，但基本结构相类似。它们都是由数据获取和数据显示两大部分组成。前者用于捕获主存储器所要分析的数据，后者用于以多种形式显示这些数据。图1-19为逻辑分析仪的简化框图。

图1-20是逻辑分析仪的最基本结构组成原理图。由逻辑测试仪探头连接到比较器前端的输入线的个数随不同型号的逻辑分析仪而不同。输入线数通常也称为通道数。比较器的作用是将输入信号和可以从外部调节的阈电平进行比较，凡大于阈值时，就在相应线上输出高电平，反之则输出低电平。这些信号加到采样电路后，在控制电路送来的采样信号的采样下，就得到和图中显示信息相似的输出图形。在写入控制脉冲的作用下，把同一时刻送到存储器的数据信息写入到存储器的某一存储单元中去。而在下一个写入脉冲到来时，再把各线上的下一个采样数值写入到内存的相继单元中。触发电路的作用是根据用户设定的触发方式及有关条件，对输入的信息不断进行检查。当满足条件就产生触发，使控制电路能在延迟了预定的写入脉冲个数后，停止写入过程。由于随机存储的记忆作用，能观察到触发点之前的状态信息。在写入过程结束后，控制电路就可以根据用户的显示方式，根据操作命令有选择地显示内存中单元的有关信息，将内存中触发点后写入的全部数据采用不同的计数制稳定地显示在CRT显示屏幕上，供用户阅读。

    2．逻辑分析仪触发方式和显示方式
    (1)触发方式为了能在较小的存储容量范围内，捕捉住观察点前后的波形，逻辑分析仪设有多种触发方式。常见的触发方式有：①基本触发方式；②组合触发方式；③延迟触发方式；④限定触发方式；⑤交互触发方式；⑥毛刺触发方式；⑦出错触发方式；⑧单值触发方式。
    (2)显示方式为了便于进行分析，逻辑分析仪有多种显示方式。其中状态表显示和定时图显示分析是逻辑状态分析仪、逻辑定时分析仪的基本显示方式。此外，还有图形显示、映射图显示、直方图显示、电平显示、双门限显示等多种显示方式。
    3．逻辑分析仪的使用
   逻辑分析仪一般有异步测试和同步测试两种使用方式。
    (1)异步测试异步测试采样选通信号是由逻辑分析仪内设置的时钟发生器产生的，它和待测的通信信号在时间上没有关系，为了得到正确的待测波形，采样频率要比待测波形频率高几倍，而且可调。为了发现窄脉冲的影响，还设有采样和锁定两种模式。锁定模式能及时发现窄脉冲的存在。
    (2)同步测试采样选通信号是由外部输入的时钟信号形成的。因此，只要外部时钟选得好，就可用很少的内存容量记录下所需的测试信息。例如对采样Intel 8086、80286CPU构成的微机系统，如用CLK、Φ和SYNC等信号作为外部时钟信号，就可以观察不同步长下的有关微机系统运行的信号。为了可靠地采集到稳定的数据，采样延迟信号相对于采样信号应该有足够的数据设置时间和数据保持时间。
    现在逻辑分析仪不仅可以测试运算控制器等部件的逻辑电路的好坏，而且可以测试以微处理器为基础的微型计算机系统。美国HP公司的逻辑分析仪是一种专门用于系统调试、观测和故障查找的逻辑状态分析仪。它能在自己的CRT上显示测试的结果，帮助更快地找到故障。该测试仪用总线捕件板与通用的微机接口探头连接，就可以对各种计算机系统进行调试和观测。
    图1-21是MA-1008逻辑分析仪的操作面板。其开关用法如下：①设置工作方式；②数制；③内存模式设定；④启动测试；⑤启动后，在不设断点的情况下强行停机；⑥设定寄存器比较；⑦设定内存扫描对象；⑧单指令操作；⑨游标加或减一个地址；⑩数宁键；⒒无效键；⒓删除前输入键；⒔⑩追回到输入的前一位；⒁⑩帧上下移动；⒖⑩游标上下移动。
图1-21 MA-1008逻辑分析仪面板

该逻辑分析仪可用于Intel 8080、8085A、8086、80286、80386、80486，奔腾，M6800、M68020、M68030及280、z8000、280000等微处理器为基础的微机和微机系统的硬件测试维护和故障榆测。

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