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逻辑分析仪的使用-以STM32C8T6控制SG90舵机为例

news 2025/2/19 9:45:23

1.逻辑分析仪作用

逻辑分析仪在嵌入式开发中的作用非常重要，它是开发、调试和排错过程中的一个不可或缺的工具。具体来说，逻辑分析仪的作用包括以下几个方面：
1.信号捕获和分析：逻辑分析仪能够实时捕获多个数字信号，并对其进行详细分析。对于嵌入式系统，尤其是硬件和软件交互复杂时，能够监控微处理器的I/O引脚、外设的工作状态及总线通信（如SPI、I2C、UART等），从而帮助开发人员快速诊断系统的问题。
2.时序分析：在嵌入式开发中，时序问题是非常常见的，尤其是涉及到多任务并发执行或者高频信号的处理时。逻辑分析仪可以精确地捕捉信号的时序关系，帮助开发者验证硬件和软件是否按预期工作，特别是时钟信号、数据传输的时序等。
3.协议分析：对于串行通信协议（如I2C、SPI、CAN等），逻辑分析仪可以解析和显示协议中的数据内容，帮助开发人员检查协议是否正确实现，数据是否传输正确。这对于嵌入式系统开发中的调试非常有帮助，避免了人工手动分析数据包的繁琐。
4.故障排查：在嵌入式系统开发过程中，硬件或软件的故障往往难以直接判断。使用逻辑分析仪可以捕捉到异常信号或状态，帮助开发人员定位问题的根源。例如，电路中的短路、干扰、数据丢失等问题，逻辑分析仪都能提供重要线索。
5.性能优化：对嵌入式系统进行性能优化时，逻辑分析仪可以帮助开发人员检查信号传输的速度和延迟，发现瓶颈并优化电路设计或代码逻辑。特别是在处理实时数据时，时延问题可以通过逻辑分析仪进行详细监控和优化。
6.硬件和软件调试结合：逻辑分析仪可以与软件调试器配合使用，进行硬件和软件的联合调试。比如，在嵌入式系统中，软件在控制硬件时可能会遇到一些不可预见的情况，逻辑分析仪能够在硬件层面捕获到数据，提供给软件开发人员更详细的信息。

2.逻辑分析仪选型

        选型逻辑分析仪时，需要根据具体的嵌入式开发需求、项目的复杂程度以及预算等因素来综合考虑。以下是选型时需要关注的几个关键指标：
1.通道数
        通道数决定了逻辑分析仪能够同时监控多少个信号。对于大多数嵌入式系统，至少需要8个通道，复杂的系统可能需要更多通道（如16、32甚至64通道）。选择时应考虑系统中的信号数量，尤其是高并发和多总线的情况。
2. 采样率（Sample Rate）
        采样率就是一秒钟能采样多少个点，决定了分析仪捕捉信号变化的精度，。高采样率可以更精确地捕捉高频信号。低速应用：一般来说，1-2 GS/s（十亿次/秒）就足够；高速应用：对于需要更高精度的应用，特别是调试高速信号时，可能需要更高的采样率（如10 GS/s以上）。
3. 采样深度（Memory Depth）
        采样深度就是一次采样最多能存储多少个点，决定了逻辑分析仪能捕捉到的数据量，也即它能够存储多长时间的信号数据。较大的采样深度有助于分析长时间的信号波形，而不容易丢失信息。如果涉及到长时间的数据采集和复杂信号分析，选择采样深度大的模型是很有必要的。
4. 信号电压范围
        逻辑分析仪需要与待测设备的信号电压范围匹配。常见的信号电压标准包括 3.3V、5V、TTL、CMOS等。如果你的嵌入式系统使用的是特定的电压级别，需要确保选择的逻辑分析仪支持这些电压范围。还需注意是否需要支持差分信号（如LVDS、RS-485等），这些信号可能需要额外的探头或特定的硬件支持。

3.以Kingst LA1010型号逻辑分析仪为例分析

3.1 逻辑分析仪的连接

购买了逻辑分析仪后，商家会给你发一份资料，主要包括逻辑分析仪驱动程序和使用指南，成功安装好逻辑分析仪的驱动后，将逻辑分析仪的USB端接入电脑，在此电脑->设备->设备管理器->通用串行总线控制器里可以看到逻辑分析仪的驱动，如下图所示。

然后打开逻辑分析仪客户端，会自动识别逻辑分析仪，并且此时左下角显示设备未连接

设备连接成功后，客户端的左上角和左下角会同时显示设备已连接，并且显示设备型号。

3.2 单片机控制SG90舵机的原理

我们本次是以STM32C8T6控制SG90舵机为例分析逻辑分析仪的使用，SG90舵机的控制逻辑就是单片机发出PWM波，控制舵机的转动。通俗的说就是一个PWM波的周期是20ms，舵机在0度的时候对应的是高电平0.5ms，低电平19.5ms;45度的时候对应的是高电平1.0ms，低电平19ms;90度的时候对应的是高电平1.5ms，低电平18.5ms;135度的时候对应的是高电平2.0ms，低电平18ms;180度的时候对应的是高电平2.5ms，低电平17.5ms。

3.3 硬件电路接线

与单片机的接线

STM32C8T6单片机 PA1	黄线PWM
STM32C8T6单片机 5V	红线5V
STM32C8T6单片机 GND	棕线GND
STM32C8T6单片机 5V	0.96寸OLED屏幕VCC
STM32C8T6单片机 GND	0.96寸OLED屏幕GND
STM32C8T6单片机 PB6	0.96寸OLED屏幕SCL
STM32C8T6单片机 PB7	0.96寸OLED屏幕SDA

3.3 源代码讲解

代码详解请看B站上传的源码讲解视频：

3.4 逻辑分析仪看分析PWM波形

因为我们这次只是抓单片机PA1产生的PWM波形去驱动SG90舵机，所以将PA1引脚焊接处一根信号线接到逻辑分析仪的任意一个通道上，我选择接到通道0上，任何被测信号都要接GND，所以从单片机上的GND引脚焊接处一根线接到逻辑分析仪的GND通道。

接好后打开客户端，重点看通道0，根据奈奎斯特采样定理，采样需要必须要是被测信号的2倍以上才可以正确采样到信号，但是工程中一般采用5倍或者10倍，我们的舵机PWM波信号周期是20ms，那么频率是周期的倒数，就是1/20ms=50Hz，所以10倍以上就是500Hz，我们的逻辑分析仪最低采样频率是200KHz,所以我们选择20KHz就可以满足要求，那么采样时间是采样深度/采样频率，所以采样深度选择20KSa，采样时间就是20K/20K=1S，1秒钟足够了，因为我们的周期是20ms，一秒钟就有50个20ms。然后就是选择触发方式，我们选择下降沿触发，因为在定时器初始化里是默认高电平，那么PWM开始由高电平到低电平才是下降沿开始。