應(yīng)用指南
使用泰克混合信號(hào)示波器
調(diào)試混合信號(hào)嵌入式設(shè)計(jì)
引言
當(dāng)前的嵌入式設(shè)計(jì)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(jì)可能會(huì)包
括各種模擬信號(hào)、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(hào)嵌入式設(shè)計(jì)
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(hào)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(jì)帶來(lái)了獨(dú)特的測(cè)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(gè)IC之間的SPI總線，同 用指南介紹了混合信號(hào)嵌入式設(shè)計(jì)的調(diào)試，演示了泰克
時(shí)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(hào)系統(tǒng)實(shí)例。 先的性能。
對(duì)配備4通道示波器的工程師來(lái)說(shuō)，調(diào)試圖1所示的硬 使用MSO系列同時(shí)調(diào)試多個(gè)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(jì)工程師通常使用串行協(xié)議，如I2C和SPI，以
示波器，同時(shí)為了節(jié)約時(shí)間，可能會(huì)選擇購(gòu)買三四臺(tái)示
簡(jiǎn)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(cè)多個(gè)信號(hào)。邏輯分析儀可以探測(cè)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(shí)現(xiàn)
個(gè)數(shù)字信號(hào)，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(jì)人員一般會(huì)被迫手動(dòng)解碼采集的串行數(shù)據(jù)，
帶來(lái)的設(shè)置和學(xué)習(xí)過(guò)程有些不值得。幸運(yùn)的是，對(duì)面臨
或從示波器導(dǎo)出數(shù)據(jù)，以進(jìn)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(jì)工程師節(jié)約無(wú)數(shù)個(gè)
MSO2000系列混合信號(hào)示波器(MSO)可以滿足他們的
小時(shí)的調(diào)試時(shí)間，允許工程師實(shí)時(shí)查看硬件和軟件的影
響。
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圖2. 帶有探測(cè)點(diǎn)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(cè)串行 在系統(tǒng)最初調(diào)試過(guò)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(shí)解碼和顯示多條串行總線，觀測(cè)其 指示燈報(bào)告的錯(cuò)誤不明確，導(dǎo)致系統(tǒng)工程師不能確定問(wèn)
時(shí)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(cuò)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(hào)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(hào)保真度問(wèn)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(cuò)誤可能源于復(fù)用器輸入之外的其它來(lái)源，他
系列還支持觸發(fā)和解碼I2S、左對(duì)齊、右對(duì)齊和TDM音 決定探測(cè)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(guò)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(hào)上。
時(shí)探測(cè)和解碼多條串行總線及自定義并行總線。下面的
實(shí)例使用MSO系列，調(diào)試圖1所示的嵌入式設(shè)計(jì)中復(fù)
雜的多芯片通信錯(cuò)誤。
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圖3. MSO4000顯示了I2C、SPI和并行總線及CH1模擬信號(hào)。 圖4. Wave Inspector用來(lái)放大和顯示分組細(xì)節(jié)。
圖3顯示了MSO系列同時(shí)探測(cè)SPI總線(1)、I2C總線 程把數(shù)據(jù)寫(xiě)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(cuò)誤可以被隔離到某個(gè)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(xì)節(jié)。SPI數(shù)據(jù)在屏
采集，觸發(fā)特定的I2C活動(dòng)。把記錄長(zhǎng)度設(shè)置成1M點(diǎn)
幕上解碼成從主設(shè)備(FPGA)到從設(shè)備(MUX)的寫(xiě)入，
保證了可以準(zhǔn)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(yùn)行子例程，迅速查看MSO系列，了解
號(hào)路徑使用的輸入。輸入信號(hào)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(gè)錯(cuò)
模擬波形確認(rèn)了工程師的疑問(wèn)，表明硬件問(wèn)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(cuò)誤代
解決，錯(cuò)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(xiě)入的I2C數(shù)據(jù)。工程師注意到SPI上的活動(dòng)及
在傳輸I2C數(shù)據(jù)后很快顯示了標(biāo)有D1和D2的信號(hào)。工 嵌入式設(shè)計(jì)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(dòng)，因?yàn)樗J(rèn)為執(zhí)行的功能主 問(wèn)題，因?yàn)镸SO系列能夠同時(shí)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(hào)。軟件編程人員錯(cuò)誤地從微控制器到FPGA寫(xiě)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(xiě)入地址 數(shù)據(jù)，而分組的預(yù)計(jì)目標(biāo)是LCD控制器。
0x77。地址0x77是FPGA的地址，但工程師認(rèn)為子例
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應(yīng)用指南
用示波器隨機(jī)探測(cè)系統(tǒng)，以期捕獲隨機(jī)事件。盡管工程
師過(guò)去一直使用這種方法，但他知道，連接到所有相關(guān)
信號(hào)、正確配置的MSO系列示波器可以用少得多的時(shí)
間找到錯(cuò)誤。上一節(jié)中大多數(shù)探測(cè)點(diǎn)仍連接到示波器
上。CH1探頭移動(dòng)到活動(dòng)的MUX輸入上，這是來(lái)自傳
感器3的數(shù)字信號(hào)。除這4個(gè)探測(cè)點(diǎn)外，工程師使用一
條數(shù)字通道探測(cè)MUX輸出。
FPGA通過(guò)3位并行總線傳送值0x7，表明已經(jīng)發(fā)生錯(cuò)
誤。為隔離問(wèn)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(shí)間，減少
了混淆，因?yàn)榭梢院?jiǎn)便地隔離錯(cuò)誤條件。這一采集過(guò)程
圖5. MUX_OUT上的白色邊沿表明提供了更詳細(xì)的信息。
中使用的1M記錄長(zhǎng)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(wèn)的是關(guān)于泰克（Tektronix）混合信號(hào)示波器在調(diào)試混合信號(hào)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用指南。泰克示波器是一種專業(yè)的電子測(cè)試工具，用于觀察和分析電信號(hào)的波形，特別適合于處理模擬和數(shù)字信號(hào)的復(fù)雜交互。 在調(diào)試混合信號(hào)嵌入式設(shè)計(jì)時(shí)，您可以使用泰克示波器進(jìn)行以下操作： 1. **信號(hào)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(duì)于數(shù)字信號(hào)，您可以檢查時(shí)鐘信號(hào)、脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)等的頻率和占空比是否準(zhǔn)確。 3. **波形同步**：通過(guò)示波器的觸發(fā)功能，您可以確保不同模塊間的信號(hào)同步，這對(duì)于嵌套定時(shí)和同步通信至關(guān)重要。 4. **故障診斷**：當(dāng)遇到問(wèn)題時(shí)，示波器能夠幫助您定位信號(hào)異常，比如噪聲、抖動(dòng)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(cè)試需求。 請(qǐng)查閱具體的泰克示波器用戶手冊(cè)或者在線教程，了解如何正確配置和使用示波器來(lái)優(yōu)化您的嵌入式系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程。如果在使用過(guò)程中遇到具體問(wèn)題，歡迎隨時(shí)向我提問(wèn)。