Назначение, структура, характеристики анализаторов

Несмотря не то что логические анализаторы относятся к классу радиоизмерительных приборов, они не имеют нормируемых метрологических характеристик, за исключением, быть может, стабильности внутреннего тактового генератора анализатора временных диаграмм, которая влияет на точность измерения временных соотношений импульсов. Качественный уровень логических анализаторов определяют следующие технические характеристики: быстродействие, количество каналов, объем памяти на канал, способы запуска, методы индикации и сжатия данных. Рассмотрим их более подробно.

Быстродействие является одной из важнейших характеристик прибора, так как от нее зависит минимальный интервал времени, который может воспринимать анализатор, то есть его разрешающая способность. Очевидно, что требуемое быстродействие анализатора логических состояний определяется скоростью выполнения операций диагностируемой схемой. Некоторые типы мйкропроцес-соров имеют тактовую частоту 5—50 МГц. Соответственно и быстродействие синхронных анализаторов (АЛС) колеблется в пределах от 5 до 50 МГц. Асинхронные анализаторы (АВД), как правило, имеют быстродействие на порядок выше, а в современных моделях оно достигает 500 МГц и более.

При выборе типа анализатора по данной характеристике следует учитывать то, что все АВД имеют возможность детектировать узкие «паразитные» выбросы, появляющиеся между тактовыми импульсами. Анализатор с тактовой частотой 100 МГц способен фиксировать «паразитные» импульсы длительностью 3—5 нс.

Таким образом, для АЛС достаточно, чтобы его быстродействие было не ниже, чем быстродействие диагностируемой схемы. Если же говорить об АВД, то в принципе чем оно выше, тем лучше. С увеличением быстродействия уменьшается шаг дискретизации на квазиеремен-нбй диаграмме и увеличивается разрешающая способность анализатора. Однако надо иметь в виду то обстоятельство, что при фиксированном объеме внутренней памяти с увеличением тактовой частоты уменьшается «окно» регистрируемых данных во времени. Так, при тактовой частоте анализатора 100 МГц, объеме памяти 0,5 Кбит (512 бит) на канал и тактовой частоте диагностируемой схемы 1 МГц за один цикл записи оператор может проанализировать лишь 5 тактов.

Другой важной характеристикой логических анализаторов является количество каналов или информационных входов. Большинство современных цифровых схем имеет шинную структуру, что особенно характерно для микропроцессорных систем. Например, микропроцессор серии 580 имеет 8-разрядное слово данных, 16-разрядное адресное слово и 12 линий управления. Для того чтобы получить полную картину работы микропроцессора, анализатор должен иметь по меньшей мере 36 информационных входов. Причем в настоящее время явно прослеживается тенденция к увеличению разрядности как обрабатываемых данных, так и адресного слова.

Уже сейчас появляются 32-разрядные микропроцессоры, адресующие до 1 Мбайта памяти. Естественно, что для комплексного диагностирования таких систем необходима одновременная регистрация большого числа логических процессов. Именно это привело к тому, что современные логические анализаторы становятся все более многоканальными. Если первые модели приборов имели 8—16 информационных входов, то сейчас их число превышает 80. Увеличение количества каналов достигается также за счет совмещения а одном приборе функций АЛС и АВД. Зачастую оператора интересуют логические процессы во многих точках, в то время как временное соотношения — только в одной или нескольких точках. Так, в приборе могут быть совмещены 64 канала АЛС (так называемые «медленные» каналы) и 16 каналов АВД («быстрые»).

Однако следует заметить, что необоснованное увеличение числа каналов также вряд ли оправдано. Это следует как из чисто конструктивных соображений (увеличивается количество разъемов, пробников для подключения к схеме и т. д.), так и из ограниченных возможностей устройства отображения полностью представить всю информацию (при раздельном просмотре групп каналов теряется наглядность).

Объем памяти определяет количество информации, которое логический анализатор может регистрировать за один цикл записи. Естественно, что для работы АЛС и АВД требуется различный ее объем. Поскольку анализатор логических состояний синхронизируется от тактового генератора диагностируемой схемы, за один такт в память каждого его канала записывается бит информации. Учитывая, что наиболее сложные команды выполняются микропроцессором за 20—40 машинных тактов, на практике оказывается вполне достаточным иметь глубину памяти АЛС от 32 до 64 бит на канал.

Если говорить об анализаторе временных диаграмм, то для его работы требуется значительно больший объем памяти. Это связано с тем, что запись в память тактируется внутренним генератором, частота которого может превышать тактовую частоту диагностируемой схемы на порядок и более. Таким образом, чем больше объем памяти АВД, там больше «окно» данных, регистрируемых за один цикл. Поэтому при технической реализации глубина памяти АВД в настоящее время определяется лишь возможностями элементной базы. Как правило, все существующие анализаторы временных диаграмм имеют память не менее чем 512 бит на канал.

Самым простым методом запуска является запуск по параллельному коду слова. Реализуя этот метод, оператор с передней панели анализатора набирает логическую комбинацию (запускающее слово), начиная с которой будет производиться запись информации в память. В таком режиме логический анализатор не воспринимает сигналы, поступающие на его входы до тех пор, пока слово данных (то есть комбинация логических состояний на информационных входах) не совпадет с запускающим словом. В этом случае компаратор кода запуска выдает сигнал, по которому начинается регистрация входных данных.

Однако такой метод запуска не всегда может удовлетворить оператора. Это связано с тем, что в ряде случаев трудно выбрать запускающее слово, однозначно определяющее «окно» данных. Если точно такой же код встретится в другом месте логической последовательности, то оператор получит совсем не тот фрагмент процесса, который он хотел проанализировать. Поэтому в некоторых моделях логических анализаторов используется более сложный запуск по двум, трем и более запускающим словам. При этом компаратор кода запуска сравнивает поступающие данные с первым словом. Как только регистрируется их совпадение, компаратор на следующем такте сравнивает логическую комбинацию уже со вторым запускающим словом и т. д. Запуск анализатора, то есть начало записи, производится только при последовательном совпадении данных со всеми запускающими словами.

Однако и этот метод, несмотря на то что он более совершенен, не обеспечивает достаточного удобства оператору. Если необходимо перейти к следующему фрагменту логического процесса, то оператор должен выбирать другое слово запуска или последовательную комбинацию этих слов, что сложно, а порой и невозможно сделать. Поэтому существует еще один способ начала записи — запуск с цифровой задержкой. Этот способ позволяет путем введения задержки перемещать во времени регистрируемое «окно» данных, не изменяя запускающего слова.

Задержка может быть как положительной, так и отрицательной. При отрицательной задержке память логического анализатора работает в режиме сдвигового регистра, то есть запись поступающей информации производится непрерывно. Компаратор кода запуска в этом случае управляет не началом, а окончанием записи донных. Он может остановить запись сразу по приходу кода запускающего слова или, например, пропустив определенное число тактовых импульсов.

В режиме положительной задержки логический анализатор может пропускать от момента прихода кода запускающего слова до начала записи либо определенное количество тактовых импульсов, либо определенное количество циклов. Здесь под циклом понимается интервал между появлением кодов запускающего слова в логической последовательности. Используя эти режимы одновременно, оператор может, не изменяя условий начала записи, то есть кода слова запуска, регистрировать любой фрагмент логического процесса. Отрицательная задержка оказывается очень удобной при анализе сбойных ситуаций, когда сбой наблюдается в одном и том же месте логической последовательности. В этом случае в качестве слова запуска задается код сбойной ситуации, и оператор получает информацию, предшествующую ее возникновению.

В первых моделях логических анализаторов, которые имели незначительный объем памяти и малое число каналов, индикация логических состояний осуществлялась с помощью светодиодов. Современный анализатор в качестве такого устройства имеет, как правило, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ), которая обладает широкими возможностями по отображению как основной, так и разнообразной сервисной и текстовой информации.

Записанные в память анализатора логические последовательности могут отображаться в виде таблиц истинности. В этом случае на экране индикатора для каждого тактированного момента времени высвечиваются логические состояния информационных входов. Отображение может производиться не только в двоичной, но и в восьмеричной или шестнадцатиричной форме, что позволяет сделать информацию более компактной.

Другой метод индикации содержимого памяти — это временное диаграммы, которые точнее называть квазиеремейнйми, так как переходы из одного логического состояния в другое (фронты импульсов) в анализаторе привязаны к тактовым импульсам. Это в большей мере относится к АЛС, который синхронизируется от задающего генератора диагностируемой схемы, и в несколько меньшей мере к АВД, тактовая частота которого намного больше тактовой частоты исследуемой схемы. У АВД в этом режиме отображения, как правило, предусмотрены перемещающиеся по экрану , курсоры. С их помощью оператор может определять временные соотношения. Разрешающая способность таких измерений тем выше, чем выше частота внутреннего тактового генератора, то есть " чем меньше дискретный шаг по времени.

Во многих микропроцессорных логических анализаторах предусмотрен режим дизассемблирования, суть которого заключается в следующем. Для каждого типа микропроцессора разрабатывается индивидуальный набор аппаратных и программных средств. С их помощью кйды операций, получаемые с шины микропроцессора, преобразуются непосредственно в мнемонику команд ассемблера, на котором он программируется. В этом случае для контроля правильности функционирования схемы оператору достаточно сравнить исходную ассемблерную программу с дизассемблерным форматом, отображаемым на экране ЭЛТ (рис. 3,в). Кроме того, в микропроцессорных анализаторах широко используется так называемая графическая форма отображения (рис. 3,г), в которой ось X является временибй, а по оси У откладывается текущий адрес программы. Такой режим позволяет визуально контролировать прохождение программы, отработку циклов, условных и безусловных переходов. Все это представляет оператору определенные удобства при диагностировании микропроцессорных систем.

В современных логических анализаторах широко используются различные методы сжатия данных, которые дают возможность экономить внутреннюю память, то есть записывать в нее только полезную 'информацию. Один из таких методов основывается на использовании дополнительных квалификационных входов, которые позволяют расширить возможности запуска (увеличить длину запускающего слова) и ввести дополнительные признаки, сопровождающие запись информации в память. Это особенно удобно при анализе микропроцессорных систем с мультиплексированием адреса и данных, а также в том случае, когда необходимо разделить на шине входящую и выходящую информацию.

В заключение следует отметить, что современные логические анализаторы — это достаточно сложные, многофункциональные приборы со встроенным микропроцессором, имеющие широкий набор основных и сервисных функций, развитое программное обеспечение. Они, как правило, комплектуются накопителем на гибких магнитных дисках и имеют выходы на стандартные межприбор-ные интерфейсы (в частности, на каналы общего пользования по ГОСТ 26.003—80), которые позволяют подключать дополнительное периферийное оборудование и использовать - логические анализаторы в составе автоматизированных измерительных систем.