Uruchamianie lub serwisowanie urządzeń cyfrowych to chleb powszedni każdego elektronika. Dzisiaj trudno uciec od konieczności badania magistral cyfrowych czy powszechnie stosowanych interfejsów szeregowych. W takiej pracy nawet oscyloskopy 4-kanałowe okazują się nie zawsze wystarczającym narzędziem pomiarowym. Trzeba wówczas sięgać po analizatory stanów logicznych – przyrządy specjalnie skonstruowane do takich celów.
Producenci nowoczesnych oscyloskopów cyfrowych oferują modele przystosowane do pomiarów zarówno sygnałów analogowych, jak i cyfrowych. Są to oscyloskopy – MSO (Mixed Signal Oscilloscope) umożliwiające wykonywanie pomiarów parametrów analogowych przebiegów cyfrowych. Do analizy pracy urządzenia cyfrowego nie jest jednak zwykle potrzebna znajomość rzeczywistego kształtu poszczególnych przebiegów cyfrowych, co więcej, naturalny ich wygląd może nawet przeszkadzać w pomiarach. W oscyloskopach MSO oprócz typowych wejść analogowych dostępne są wejścia sond cyfrowych (najczęściej jest to 8 lub 16 kanałów, czasami więcej). Mierzone nimi sygnały są wyświetlane na ekranie w postaci zero-jedynkowej. Można więc wnioskować, że oscyloskopy cyfrowe MSO są idealnym narzędziem dla elektroników pracujących z urządzeniami cyfrowymi, mają jednak zasadniczą wadę – jest nią bardzo wysoka cena.
Technika cyfrowa wkroczyła do elektroniki wiele lat przed skonstruowaniem pierwszego oscyloskopu cyfrowego. Szybko jednak powstała zupełnie nowa klasa urządzeń dedykowanych do badania urządzeń cyfrowych. Były to wielokanałowe analizatory stanów logicznych, za pomocą których można było oglądać sygnały cyfrowe o częstotliwościach do kilkudziesięciu megaherców.
Mimo, że od tamtych czasów minęło sporo lat, a dzisiaj do badania urządzeń cyfrowych są powszechnie wykorzystywane oscyloskopy MSO, nadal nie słabnie zainteresowanie typowymi analizatorami stanów logicznych. Zmieniła się jedynie ich konstrukcja. Obecnie nie są to już duże, samodzielne urządzenia wielkości oscyloskopu z własną lampą obrazową czy wyświetlaczem LCD. Współczesne konstrukcje analizatorów stanów logicznych wykonywane są zwykle jako przystawki do komputerów i pełnią de facto jedynie rolę specyficznego interfejsu elektrycznego, natomiast swoją funkcjonalność zawdzięczają przede wszystkim oprogramowaniu komputerowemu.
Analizator LAP-C (162000+)
Takim właśnie analizatorem jest LAP-C (162000+) Logic Century firmy Zeroplus. Przyrząd ten jest oferowany w kilku wersjach różniących się liczbą kanałów pomiarowych, wielkością pamięci i opcjami konfiguracji. Najważniejsze parametry modelu opisanego w artykule zawarto w tabeli 1.
Tabela 1. Najważniejsze dane techniczne analizatora LAP-C (162000+)
| Wejścia logiczne | Gniazda 2×8 pin (A0…A7, B0…B7) | |
| Współpraca z urządzeniami zewnętrznymi | Sygnały: R_O (Read Out)), T_O (Trigger Out), S_O (Start Out) | |
| Taktowanie | zegar wewnętrzny lub zewnętrzny przez gniazdo CLK | |
| Współpraca z modułami zewnętrznymi | Sygnały: CLK, GND, VDD, IOA, IOB, IOC | |
| Interfejs | USB 2.0 (1.1) | |
| Zasilanie | Z portu USB | |
| Liczba kanałów cyfrowych | 16 | |
| Częstotliwość próbkowania | Zegar wewnętrzny | 100 Hz…200 MHz |
| Zegar zewnętrzny | max 75 MHz | |
| Pamięć | Całkowita | 64 Mb |
| Długość rekordu dla każdego kanału | 2 Mb | |
| Wyzwalanie | 16 kanałów, pattern/edge, pre- i post-trigger, licznik wyzwalania: 1…65535 | |
| Zakres progów wyzwalania | –6…+6 V | |
| Dokładność pomiaru napięcia | ±0,1 V | |
| Protokoły dostępne bez opłat | I2C, UART, SPI, 1-WIRE, CAN 2.0B, 7-SEGMENT LED, | |
| Cechy oprogramowania | ||
| Podstawa czasu | 5 ps…10 Ms | |
| Kompresja danych | do 512 Mb/kanał | |
| Pomiar szerokości impulsu | Informacja wyświetlana na przebiegu | |
| Liczba stron wyzwalania | 1…8192 | |
| Wyzwalanie zdarzeniami na liniach interfejsów komunikacyjnych | Opcja | |
| Pobór prądu | 200/400 mA | |
| Rezystancja wejściowa | 500 kΩ/10 pF | |
| Zakres temperatury pracy | 5…70oC | |
| Wymiary | 124×90×25 mm | |
Elektronika przystawki mieści się w efektownym metalowym pudełku (fotografia 1). Na jego bocznej ściance umieszczono gniazda szpilkowe sond logicznych i sygnałów współpracy z urządzeniami zewnętrznymi. Na wyposażeniu analizatora znajduje się komplet przewodów sygnałowych z chwytakami. Przystawka jest zasilana z interfejsu USB. Na górnej ściance umieszczono diody sygnalizujące stan pracy analizatora (RUN, READ, TRIGGER, POWER) oraz przycisk START uruchamiający cykl zbierania danych.
Fotografia 1. Analizator LAP-C (16000+)
Oprogramowanie „smart+”
Do analizatorów LAP-C (162000+) dostarczany jest program „smart+” instalowany na komputerze PC. Jego okno robocze przedstawiono na rysunku 2. Przy pierwszym uruchomieniu użytkownik może być trochę zaskoczony specyficznym interfejsem graficznym, odbiegającym nieco od typowych programów windowsowych. Początkowo trochę to przeszkadza, ale po pewnym czasie można się do takiej koncepcji przyzwyczaić.
Rysunek 2. Okno robocze programu „smart+”
Każda sesja pomiarowa musi być poprzedzona odpowiednim skonfigurowaniem przyrządu. Czynności z tym związane przeprowadza się w oknie Add Channel/Bus (rysunek 3). Wszystkie kanały analizatora są traktowane jako niezależne linie cyfrowe, ale mogą być też grupowane w magistrale. Klikając na nazwę dowolnego kanału można mu nadać własną nazwę, zaś kolejność kanałów jest zmieniana przez przeciąganie myszką. Najważniejszymi parametrami mającymi bezpośredni wpływ na przebieg pomiaru są: częstotliwość próbkowania i długość rekordu danych. Oczywisty jest też związek obu tych parametrów z czasem trwania cyklu pomiarowego. Im mniejsza jest częstotliwość próbkowania i większy rekord, tym dłuższy jest cykl zbierania danych. Przy małych częstotliwościach próbkowania czas oczekiwania na dane może przekraczać nawet kilka minut. W trakcie akwizycji danych widoczne jest okno z zegarem odmierzającym upływające sekundy i minuty. Ponadto wyświetlany jest pasek postępu informujący jak długo będzie trwał jeszcze pełny cykl pomiarowy. W trakcie zbierania danych na ekranie pozostaje poprzednia zawartość rekordu, a wszystkie przyciski poza STOP są nieaktywne.
Rysunek 3. Okno konfiguracji kanałów
