泰克混合信号示波器调试混合信号嵌入式设计 应用指南

应用指南
使用泰克混合信号示波器
调试混合信号嵌入式设计
引言
当前的嵌入式设计工程师面临着系统复杂程度日益提高的挑战。典型的嵌入式设计可能会包
括各种模拟信号、高速和低速串行数字通信、微处理器总线等等。I2C和SPI等串行协议通
常用于芯片间通信，但不能在所有应用中代替并行总线。调试混合信号嵌入式设计
应用指南
微型控制器
LCD 显示器
传感器 控制器
X 状态LED指示灯
U
M
编码器
传感器
闪存
图1.混合信号嵌入式系统。
微处理器、FPGA、模数转换器(ADC)和数模转换器 需求。泰克MSO系列把16通道逻辑分析仪的基本功能
(DAC)等集成电路给当前嵌入式设计带来了独特的测量 与泰克4通道示波器倍受信任的性能结合在一起。本应
挑战。工程师可能需要解码两个IC之间的SPI总线，同 用指南介绍了混合信号嵌入式设计的调试，演示了泰克
时在同一块系统电路板上观察ADC的输入和输wg出。 MSO4000、MSO3000和MSO2000系列提供的业内领
图1是混合信号系统实例。 先的性能。
对配备4通道示波器的工程师来说，调试图1所示的硬 使用MSO系列同时调试多个串行协议
件是一件困难而又让人畏缩的任务。许多工程师用惯了
嵌入式设计工程师通常使用串行协议，如I2C和SPI，以
示波器，同时为了节约时间，可能会选择购买三四台示
简化电路板上系统模块之间的通信。这些串行协议可以
波器，以便一次探测多个信号。逻辑分析仪可以探测多
降低布线的复杂性，但传统示波器一直很难调试其实现
个数字信号，但调试任务非常复杂，使用逻辑分析仪所
方案。设计人员一般会被迫手动解码采集的串行数据，
带来的设置和学习过程有些不值得。幸运的是，对面临
或从示波器导出数据，以进行后期处理和解码。使用示
这一任务的工程师，泰克MSO4000、MSO3000和
波器解码串行数据可以为嵌入式设计工程师节约无数个
MSO2000系列混合信号示波器(MSO)可以满足他们的
小时的调试时间，允许工程师实时查看硬件和软件的影
响。
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LCD控制器
编码器
图2. 带有探测点的采集子系统。
尽管DPO系列示波器可以使用最多四条通道探测串行 在系统最初调试过程中(如图1所示)，系统偶尔遇到电
数据，但许多常用串行协议要求三条或三条以上的线。 路板上状态LED指示灯表明发生故障的情况。状态LED
工程师通常需要同时解码和显示多条串行总线，观测其 指示灯报告的错误不明确，导致系统工程师不能确定问
时间相关性。泰克MSO系列把DPO系列的串行触发和 题是由硬件导致的还是由软件导致的。以前，类似错误
解码功能与16条新增数字通道结合在一起。除I2C、 一直源于模拟复用器输入上的信号质量差，但工程师已
SPI、CAN、LIN和RS-232外，MSO系列还支持触发 经成功更换了导致信号保真度问题的硬件。由于系统工
和解码RS-232和并行总线。MSO4000和MSO3000 程师怀疑错误可能源于复用器输入之外的其它来源，他
系列还支持触发和解码I2S、左对齐、右对齐和TDM音 决定探测到复用器的模拟输入及多条数字总线，以全面
频总线。此外，MSO3000 系列还支持触发和解码 查看系统状况。MSO系列为调试提供了4条模拟通道和
FlexRay总线。通过MSO系列示波器，工程师可以同 16条数字通道，它连接到图2中标为1-4的信号上。
时探测和解码多条串行总线及自定义并行总线。下面的
实例使用MSO系列，调试图1所示的嵌入式设计中复
杂的多芯片通信错误。
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图3. MSO4000显示了I2C、SPI和并行总线及CH1模拟信号。 图4. Wave Inspector用来放大和显示分组细节。
图3显示了MSO系列同时探测SPI总线(1)、I2C总线 程把数据写入地址0x76，这是LCD控制器的地址。
(2)、3位并行总线(3)和模拟输入(4)的屏幕快照。由于
图4显示了同一采集，其中使用Wave Inspector®导航
错误可以被隔离到某个子例程，因此示波器配置成单次
和搜索功能放大SPI和并行总线的细节。SPI数据在屏
采集，触发特定的I2C活动。把记录长度设置成1M点
幕上解码成从主设备(FPGA)到从设备(MUX)的写入，
保证了可以准确地捕获I2C总线上事件周围的所有有用
数据值为0x15。这一SPI命令指示LWTYMUX改变信
信息。工程师运行子例程，迅速查看MSO系列，了解
号路径使用的输入。输入信号中这种意想不到的变化导
系统中发生的情况。CH1上显示的MUX输入上清楚的
致FPGA向并行总线上的状态LED指示灯发送一个错
模拟波形确认了工程师的疑问，表明硬件问题已经得到
误代码。在图4中也可以观察到这些并行总线的错误代
解决，错误发生在其它地方。示波器触发和解码从微控
码和解码。
制器中写入的I2C数据。工程师注意到SPI上的活动及
在传输I2C数据后很快显示了标有D1和D2的信号。工 嵌入式设计工程师可以迅速确定是软件漏洞导致了系统
程师怀疑这些总线上的活动，因为他认为执行的功能主 问题，因为MSO系列能够同时查看和解码所有相关信
要涉及LCD控制器。由于示波器已经解码I2C数据值， 号。软件编程人员错误地从微控制器到FPGA写入I2C
因此工程师可以看到微控制器已经把I2C数据写入地址 数据，而分组的预计目标是LCD控制器。
0x77。地址0x77是FPGA的地址，但工程师认为子例
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用示波器随机探测系统，以期捕获随机事件。尽管工程
师过去一直使用这种方法，但他知道，连接到所有相关
信号、正确配置的MSO系列示波器可以用少得多的时
间找到错误。上一节中大多数探测点仍连接到示波器
上。CH1探头移动到活动的MUX输入上，这是来自传
感器3的数字信号。除这4个探测点外，工程师使用一
条数字通道探测MUX输出。
FPGA通过3位并行总线传送值0x7，表明已经发生错
误。为隔离问题，MSO系列配置成捕获单次采集，它把
触发事件设置成并行总线值0x7。图5显示了采集结果。
在这种情况下，并行总线解码和触发节约了时间，减少
了混淆，因为可以简便地隔离错误条件。这一采集过程
图5. MUX_OUT上的白色边沿表明提供了更详细的信息。
中使用的1M记录长度允许工程师观察触发事件前和触

您好！作为电气行业的智能客服助手，我明白您询问的是关于泰克（Tektronix）混合信号示波器在调试混合信号嵌入式系统设计中的应用指南。泰克示波器是一种专业的电子测试工具，用于观察和分析电信号的波形，特别适合于处理模拟和数字信号的复杂交互。 在调试混合信号嵌入式设计时，您可以使用泰克示波器进行以下操作： 1. **信号捕获**：示波器可以帮助您捕获和分析嵌入式系统中各种接口（如SPI、I2C、UART等）的数据传输，确保它们按照预期工作。 2. **频率分析**：对于数字信号，您可以检查时钟信号、脉冲宽度调制（PWM）信号等的频率和占空比是否准确。 3. **波形同步**：通过示波器的触发功能，您可以确保不同模块间的信号同步，这对于嵌套定时和同步通信至关重要。 4. **故障诊断**：当遇到问题时，示波器能够帮助您定位信号异常，比如噪声、抖动或缺失数据。 5. **设置参数**：熟悉并调整示波器的各种设置（如带宽、触发条件等），以便更好地适应您的特定测试需求。 请查阅具体的泰克示波器用户手册或者在线教程，了解如何正确配置和使用示波器来优化您的嵌入式系统调试过程。如果在使用过程中遇到具体问题，欢迎随时向我提问。