泰克混合信號示波器調(diào)試混合信號嵌入式設(shè)計 應(yīng)用指南

應(yīng)用指南
使用泰克混合信號示波器
調(diào)試混合信號嵌入式設(shè)計
引言
當(dāng)前的嵌入式設(shè)計工程師面臨著系統(tǒng)復(fù)雜程度日益提高的挑戰(zhàn)。典型的嵌入式設(shè)計可能會包
括各種模擬信號、高速和低速串行數(shù)字通信、微處理器總線等等。I2C和SPI等串行協(xié)議通
常用于芯片間通信，但不能在所有應(yīng)用中代替并行總線。調(diào)試混合信號嵌入式設(shè)計
應(yīng)用指南
微型控制器
LCD 顯示器
傳感器 控制器
X 狀態(tài)LED指示燈
U
M
編碼器
傳感器
閃存
圖1.混合信號嵌入式系統(tǒng)。
微處理器、FPGA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器 需求。泰克MSO系列把16通道邏輯分析儀的基本功能
(DAC)等集成電路給當(dāng)前嵌入式設(shè)計帶來了獨特的測量 與泰克4通道示波器倍受信任的性能結(jié)合在一起。本應(yīng)
挑戰(zhàn)。工程師可能需要解碼兩個IC之間的SPI總線，同 用指南介紹了混合信號嵌入式設(shè)計的調(diào)試，演示了泰克
時在同一塊系統(tǒng)電路板上觀察ADC的輸入和輸wg出。 MSO4000、MSO3000和MSO2000系列提供的業(yè)內(nèi)領(lǐng)
圖1是混合信號系統(tǒng)實例。 先的性能。
對配備4通道示波器的工程師來說，調(diào)試圖1所示的硬 使用MSO系列同時調(diào)試多個串行協(xié)議
件是一件困難而又讓人畏縮的任務(wù)。許多工程師用慣了
嵌入式設(shè)計工程師通常使用串行協(xié)議，如I2C和SPI，以
示波器，同時為了節(jié)約時間，可能會選擇購買三四臺示
簡化電路板上系統(tǒng)模塊之間的通信。這些串行協(xié)議可以
波器，以便一次探測多個信號。邏輯分析儀可以探測多
降低布線的復(fù)雜性，但傳統(tǒng)示波器一直很難調(diào)試其實現(xiàn)
個數(shù)字信號，但調(diào)試任務(wù)非常復(fù)雜，使用邏輯分析儀所
方案。設(shè)計人員一般會被迫手動解碼采集的串行數(shù)據(jù)，
帶來的設(shè)置和學(xué)習(xí)過程有些不值得。幸運的是，對面臨
或從示波器導(dǎo)出數(shù)據(jù)，以進行后期處理和解碼。使用示
這一任務(wù)的工程師，泰克MSO4000、MSO3000和
波器解碼串行數(shù)據(jù)可以為嵌入式設(shè)計工程師節(jié)約無數(shù)個
MSO2000系列混合信號示波器(MSO)可以滿足他們的
小時的調(diào)試時間，允許工程師實時查看硬件和軟件的影
響。
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微型控制器
LCD控制器
編碼器
圖2. 帶有探測點的采集子系統(tǒng)。
盡管DPO系列示波器可以使用最多四條通道探測串行 在系統(tǒng)最初調(diào)試過程中(如圖1所示)，系統(tǒng)偶爾遇到電
數(shù)據(jù)，但許多常用串行協(xié)議要求三條或三條以上的線。 路板上狀態(tài)LED指示燈表明發(fā)生故障的情況。狀態(tài)LED
工程師通常需要同時解碼和顯示多條串行總線，觀測其 指示燈報告的錯誤不明確，導(dǎo)致系統(tǒng)工程師不能確定問
時間相關(guān)性。泰克MSO系列把DPO系列的串行觸發(fā)和 題是由硬件導(dǎo)致的還是由軟件導(dǎo)致的。以前，類似錯誤
解碼功能與16條新增數(shù)字通道結(jié)合在一起。除I2C、 一直源于模擬復(fù)用器輸入上的信號質(zhì)量差，但工程師已
SPI、CAN、LIN和RS-232外，MSO系列還支持觸發(fā) 經(jīng)成功更換了導(dǎo)致信號保真度問題的硬件。由于系統(tǒng)工
和解碼RS-232和并行總線。MSO4000和MSO3000 程師懷疑錯誤可能源于復(fù)用器輸入之外的其它來源，他
系列還支持觸發(fā)和解碼I2S、左對齊、右對齊和TDM音 決定探測到復(fù)用器的模擬輸入及多條數(shù)字總線，以全面
頻總線。此外，MSO3000 系列還支持觸發(fā)和解碼 查看系統(tǒng)狀況。MSO系列為調(diào)試提供了4條模擬通道和
FlexRay總線。通過MSO系列示波器，工程師可以同 16條數(shù)字通道，它連接到圖2中標(biāo)為1-4的信號上。
時探測和解碼多條串行總線及自定義并行總線。下面的
實例使用MSO系列，調(diào)試圖1所示的嵌入式設(shè)計中復(fù)
雜的多芯片通信錯誤。
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圖3. MSO4000顯示了I2C、SPI和并行總線及CH1模擬信號。 圖4. Wave Inspector用來放大和顯示分組細節(jié)。
圖3顯示了MSO系列同時探測SPI總線(1)、I2C總線 程把數(shù)據(jù)寫入地址0x76，這是LCD控制器的地址。
(2)、3位并行總線(3)和模擬輸入(4)的屏幕快照。由于
圖4顯示了同一采集，其中使用Wave Inspector?導(dǎo)航
錯誤可以被隔離到某個子例程，因此示波器配置成單次
和搜索功能放大SPI和并行總線的細節(jié)。SPI數(shù)據(jù)在屏
采集，觸發(fā)特定的I2C活動。把記錄長度設(shè)置成1M點
幕上解碼成從主設(shè)備(FPGA)到從設(shè)備(MUX)的寫入，
保證了可以準確地捕獲I2C總線上事件周圍的所有有用
數(shù)據(jù)值為0x15。這一SPI命令指示LWTYMUX改變信
信息。工程師運行子例程，迅速查看MSO系列，了解
號路徑使用的輸入。輸入信號中這種意想不到的變化導(dǎo)
系統(tǒng)中發(fā)生的情況。CH1上顯示的MUX輸入上清楚的
致FPGA向并行總線上的狀態(tài)LED指示燈發(fā)送一個錯
模擬波形確認了工程師的疑問，表明硬件問題已經(jīng)得到
誤代碼。在圖4中也可以觀察到這些并行總線的錯誤代
解決，錯誤發(fā)生在其它地方。示波器觸發(fā)和解碼從微控
碼和解碼。
制器中寫入的I2C數(shù)據(jù)。工程師注意到SPI上的活動及
在傳輸I2C數(shù)據(jù)后很快顯示了標(biāo)有D1和D2的信號。工 嵌入式設(shè)計工程師可以迅速確定是軟件漏洞導(dǎo)致了系統(tǒng)
程師懷疑這些總線上的活動，因為他認為執(zhí)行的功能主 問題，因為MSO系列能夠同時查看和解碼所有相關(guān)信
要涉及LCD控制器。由于示波器已經(jīng)解碼I2C數(shù)據(jù)值， 號。軟件編程人員錯誤地從微控制器到FPGA寫入I2C
因此工程師可以看到微控制器已經(jīng)把I2C數(shù)據(jù)寫入地址 數(shù)據(jù)，而分組的預(yù)計目標(biāo)是LCD控制器。
0x77。地址0x77是FPGA的地址，但工程師認為子例
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應(yīng)用指南
用示波器隨機探測系統(tǒng)，以期捕獲隨機事件。盡管工程
師過去一直使用這種方法，但他知道，連接到所有相關(guān)
信號、正確配置的MSO系列示波器可以用少得多的時
間找到錯誤。上一節(jié)中大多數(shù)探測點仍連接到示波器
上。CH1探頭移動到活動的MUX輸入上，這是來自傳
感器3的數(shù)字信號。除這4個探測點外，工程師使用一
條數(shù)字通道探測MUX輸出。
FPGA通過3位并行總線傳送值0x7，表明已經(jīng)發(fā)生錯
誤。為隔離問題，MSO系列配置成捕獲單次采集，它把
觸發(fā)事件設(shè)置成并行總線值0x7。圖5顯示了采集結(jié)果。
在這種情況下，并行總線解碼和觸發(fā)節(jié)約了時間，減少
了混淆，因為可以簡便地隔離錯誤條件。這一采集過程
圖5. MUX_OUT上的白色邊沿表明提供了更詳細的信息。
中使用的1M記錄長度允許工程師觀察觸發(fā)事件前和觸

您好！作為電氣行業(yè)的智能客服助手，我明白您詢問的是關(guān)于泰克（Tektronix）混合信號示波器在調(diào)試混合信號嵌入式系統(tǒng)設(shè)計中的應(yīng)用指南。泰克示波器是一種專業(yè)的電子測試工具，用于觀察和分析電信號的波形，特別適合于處理模擬和數(shù)字信號的復(fù)雜交互。 在調(diào)試混合信號嵌入式設(shè)計時，您可以使用泰克示波器進行以下操作： 1. **信號捕獲**：示波器可以幫助您捕獲和分析嵌入式系統(tǒng)中各種接口（如SPI、I2C、UART等）的數(shù)據(jù)傳輸，確保它們按照預(yù)期工作。 2. **頻率分析**：對于數(shù)字信號，您可以檢查時鐘信號、脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號等的頻率和占空比是否準確。 3. **波形同步**：通過示波器的觸發(fā)功能，您可以確保不同模塊間的信號同步，這對于嵌套定時和同步通信至關(guān)重要。 4. **故障診斷**：當(dāng)遇到問題時，示波器能夠幫助您定位信號異常，比如噪聲、抖動或缺失數(shù)據(jù)。 5. **設(shè)置參數(shù)**：熟悉并調(diào)整示波器的各種設(shè)置（如帶寬、觸發(fā)條件等），以便更好地適應(yīng)您的特定測試需求。 請查閱具體的泰克示波器用戶手冊或者在線教程，了解如何正確配置和使用示波器來優(yōu)化您的嵌入式系統(tǒng)調(diào)試過程。如果在使用過程中遇到具體問題，歡迎隨時向我提問。