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　　摘要：雖然目前的服務(wù)器和PC越來越青睞*高速處理器，但是低檔的20或30MHz處理器在現(xiàn)實(shí)生活中還在發(fā)揮作用。盡管這些粗笨的微處理器設(shè)計(jì)陳舊，已有多年歷史，它們卻依然在機(jī)械、消費(fèi)類電子及車用電器中占有一席之地。
　　
　　這些嵌入式處理器及其應(yīng)用有什么共同點(diǎn)呢？歸納起來有這樣幾個(gè)明顯特征：*，這類處理器經(jīng)過很多產(chǎn)品充分驗(yàn)證，人們都非常了解，而且開發(fā)可得到廣泛支持，易于設(shè)計(jì)；第二，與現(xiàn)有方案比較，其時(shí)鐘速率相對較慢，總線速率也很慢；第三，應(yīng)用系統(tǒng)（從自動(dòng)售飲料機(jī)到航空電子設(shè)備）必須要有很高的可靠性；zui后，成本（包括設(shè)計(jì)、制造和維護(hù)費(fèi)用）必須盡可能低。
　　
　　還有一個(gè)特性值得注意，即目前存在這樣一個(gè)穩(wěn)定的發(fā)展趨勢，這些嵌入式器件和總線時(shí)鐘速率都在不斷提高，倒不是說要趕上速度zui快的服務(wù)器，而是將朝“短時(shí)鐘周期”器件方向發(fā)展，時(shí)鐘速率比以前快5～6倍。和過去的處理器相比，新器件具有相同引腳和功能，但能在給定時(shí)間內(nèi)做更多工作，它可執(zhí)行更多指令周期完成更復(fù)雜工作而不會(huì)拖慢整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行速度。這一點(diǎn)尤其對軟件開發(fā)商有利，因?yàn)楹臅r(shí)的代碼優(yōu)化不再顯得重要，新產(chǎn)品將會(huì)更快更便宜地推向市場。
　　
　　進(jìn)行基本數(shù)字檢查的普通示波器帶寬已比以前翻了一番，達(dá)到200MHz，而且一些非常有用的“”測量特性如觸發(fā)、快速傅立葉變換（FFT）分析及彩色顯示等也都相繼加入到低檔儀器中。如今的設(shè)計(jì)人員在面對民用產(chǎn)品嵌入式處理器時(shí)，也都能用得上數(shù)字式故障檢測方案。
　　
　　帶寬決定應(yīng)用
　　
　　不久前生產(chǎn)的處理器和十年前生產(chǎn)的同一器件相比，多了一個(gè)隱蔽的“性能”，即信號(hào)邊緣轉(zhuǎn)換速度更快。從15年前生產(chǎn)這些產(chǎn)品所使用的CMOS工藝到5年前開發(fā)的快速5V工藝，邊緣轉(zhuǎn)換速度提高了約3倍，很多新設(shè)計(jì)都用這種zui快的5V工藝，甚至有的還進(jìn)一步降低內(nèi)核部分電壓而只在外圍采用5V，對后者而言還能達(dá)到更快時(shí)鐘速率，這種速度加快是硅片特征尺寸縮小所帶來的副產(chǎn)品。
　　
　　邊緣速度更快通常是件好事，可減少系統(tǒng)內(nèi)的時(shí)延、設(shè)置時(shí)間及沖突等問題，但傳播延遲更短（大部分是由于CMOS更快邊緣速率所造成）也會(huì)產(chǎn)生不利影響。當(dāng)這類延遲越來越短時(shí)，通常取決于地址線邏輯和總線控制線間延遲的地址解碼余量將遇到更多麻煩。因此設(shè)計(jì)人員需要知道并了解這些邊緣狀況、越來越窄的瞬時(shí)現(xiàn)象及高速轉(zhuǎn)換時(shí)可能出現(xiàn)的其它脈沖特性。
　　
　　在為一個(gè)含20MHz嵌入式處理器的數(shù)字設(shè)計(jì)選擇DSO時(shí)，人們可能會(huì)認(rèn)為用帶寬50MHz或100MHz儀器對付這項(xiàng)工作*綽綽有余。當(dāng)然對一些基本故障檢測，諸如有沒有信號(hào)或者時(shí)序和同步是否準(zhǔn)確之類的問題，確實(shí)是這樣的，但其它細(xì)節(jié)可能就不那么明顯。
　　
　　具有較高帶寬的DSO比低帶寬儀器能更加深入地了解信號(hào)特性，因?yàn)槭静ㄆ魃仙龝r(shí)間已成為確定被觀察信號(hào)質(zhì)量的因素之一，有公式如下：
　　
　　測得上升時(shí)間=√（示波器上升時(shí)間）2+（信號(hào)上升時(shí)間）2
　　
　　在低帶寬觀察時(shí)顯得“正確”的脈沖可能會(huì)在前沿有一個(gè)幅值偏差，使其表現(xiàn)像兩個(gè)脈沖；或者總線輸出上的一個(gè)很窄瞬時(shí)信號(hào)可能*注意不到，導(dǎo)致后面器件輸入不穩(wěn)定。如上面公式所示，一個(gè)200MHz的DSO可以捕捉到100MHz儀器看不到的細(xì)節(jié)。
　　
　　DSO帶寬大的好處不僅于觀察信號(hào)邊緣，使用高帶寬儀器時(shí)，接地反彈、噪聲、串?dāng)_及其它許多偏差都更易于觀察到，也更不容易忽略。帶寬越高，信號(hào)再現(xiàn)就越準(zhǔn)確。圖1顯示了同一信號(hào)在60MHz和200MHz帶寬示波器上看到的不同情形。
　　
　　用條件觸發(fā)檢測時(shí)序問題
　　
　　在數(shù)字存儲(chǔ)示波器中，觸發(fā)條件選擇是一個(gè)重要但有時(shí)卻不太為人所知的省力工具，它使DSO觸發(fā)符合所的條件。如同顯示波形一樣，條件觸發(fā)是嵌入式系統(tǒng)檢測的一個(gè)基本工具，很多人使用噪聲抑制（通常增大觸發(fā)滯后）來限制短脈沖，并用各種帶寬限制選擇所需要的信號(hào)。
　　
　　一種zui通用的觸發(fā)特性
　　
　　脈寬觸發(fā)zui近已從實(shí)驗(yàn)室儀器移植到普通DSO中，這種設(shè)置可在輸入信號(hào)脈寬處于下列情況時(shí)使示波器觸發(fā)：
　　
　　小于時(shí)間大于時(shí)間
　　
　　等于時(shí)間（在標(biāo)稱誤差范圍內(nèi)）
　　
　　不等于時(shí)間（在標(biāo)稱誤差范圍內(nèi)）
　　
　　“小于”脈寬觸發(fā)是在總線或器件輸出端發(fā)現(xiàn)可疑瞬時(shí)脈沖的zui快方法之一。當(dāng)串?dāng)_或時(shí)序引起的短暫瞬時(shí)脈沖選通器件的輸出使能或片選輸入端時(shí)，將帶來間歇性問題，使器件在錯(cuò)誤的時(shí)刻把數(shù)據(jù)送到總線上，從而導(dǎo)致不可預(yù)見的結(jié)果。“小于”觸發(fā)檢測的脈沖比用戶的寬度要短，使示波器能捕捉到探針輸入端出現(xiàn)的所有信號(hào)。這種方法得到的不僅是瞬時(shí)現(xiàn)象本身，而且還有輸出使能及數(shù)據(jù)總線所產(chǎn)生的結(jié)果。
　　
　　“大于”觸發(fā)有助于發(fā)現(xiàn)一些“被卡住”（stuck）的數(shù)據(jù)或經(jīng)過處理后沒有回到缺省狀態(tài)的其它信號(hào)，當(dāng)脈沖下降沿未發(fā)生在時(shí)間時(shí)使示波器觸發(fā)。例如一個(gè)數(shù)據(jù)總線輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換到“1”以響應(yīng)輸出使能動(dòng)作，之后并沒有再轉(zhuǎn)變?yōu)樾聽顟B(tài)，這可能是由于輸出使能信號(hào)本身不準(zhǔn)確、被驅(qū)動(dòng)器件三態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)間太長或者數(shù)據(jù)總線下一數(shù)值沒有出現(xiàn)等多種原因造成，“大于”觸發(fā)就能發(fā)現(xiàn)這種錯(cuò)誤，重現(xiàn)所有示波器連接通道上會(huì)產(chǎn)生影響的信號(hào)，再通過一些檢查，就可以發(fā)現(xiàn)到底是什么原因造成的問題。這里的時(shí)間范圍和其它脈寬觸發(fā)設(shè)置一樣，從幾十納秒到幾秒，可提供充足的時(shí)間以確保測量的真正是被“卡住”的信號(hào)而不延遲信號(hào)。
　　
　　“等于”觸發(fā)在觸發(fā)信號(hào)（如輸出使能）受到瞬態(tài)信號(hào)或噪聲干擾而引起示波器偽觸發(fā)時(shí)，提供一種替代電壓門限觸發(fā)的方法。用基本嵌入式微處理器可以說明這種情況。大多數(shù)這類器件包括一個(gè)外部總線，使處理器能對內(nèi)置存儲(chǔ)器或外圍接口進(jìn)行擴(kuò)展，通常該總線允許由外圍電路控制與處理器之間數(shù)據(jù)傳送的時(shí)序。處理器先給出一個(gè)地址，然后發(fā)送地址選通，被選到的外圍電路zui后發(fā)出“收到”信號(hào)確認(rèn)收到了處理器的指令。該過程需要的時(shí)鐘延遲是已知的（一般可由用戶），具體電路各有不同。
　　
　　知道這個(gè)延遲時(shí)間是區(qū)別各外圍電路及檢查測試點(diǎn)響應(yīng)活動(dòng)的關(guān)鍵。方法很簡單，把地址選通作為觸發(fā)并將脈寬觸發(fā)時(shí)間設(shè)置為與具體外設(shè)時(shí)鐘延遲數(shù)相等，地址選通上升沿啟動(dòng)開始，觸發(fā)電路等待一個(gè)預(yù)設(shè)時(shí)間，然后示波器將觸發(fā)并探測測試點(diǎn)上的信號(hào)情況。根據(jù)定義，這就是外設(shè)在總線上活動(dòng)的時(shí)間，因此“等于”脈寬觸發(fā)使示波器在一定程度上可承擔(dān)邏輯分析儀的工作。
　　
　　用內(nèi)置計(jì)數(shù)器進(jìn)行頻率測量
　　
　　自動(dòng)頻率測量幾乎從一開始就是DSO的功能之一，一般來講檢查被采集波形的*個(gè)周期就可以得到。這是測量一次性事件很有用的工具，但它不能得出連續(xù)的高精度波形平均頻率值。
　　
　　頻率測量的另一個(gè)方法就是常見的頻率計(jì)數(shù)器所使用的，這類頻率計(jì)一般都找得到且通常比較便宜。利用觸發(fā)信號(hào)作為平均頻率讀數(shù)的源信號(hào)也能在DSO中實(shí)現(xiàn)該方法，這是當(dāng)前低檔DSO的一個(gè)新特性。頻率計(jì)數(shù)器采用多種不同方式來測量，zui常用且zui簡單的方法是固定式頻率計(jì)數(shù)器，它在一固定時(shí)間內(nèi)計(jì)算輸入周期的數(shù)量（顯示計(jì)數(shù)）；或者是固定式周期計(jì)數(shù)器，計(jì)算一個(gè)周期所用的時(shí)間數(shù)（顯示計(jì)數(shù)的倒數(shù)）。兩種方法在計(jì)數(shù)量大時(shí)精度很好，在計(jì)數(shù)量低時(shí)精度較差。一個(gè)類似的方法是把測量間隔分成兩半，前一半計(jì)算時(shí)間和激勵(lì)數(shù)，一旦達(dá)到一半的點(diǎn)數(shù)，則當(dāng)輸入發(fā)生轉(zhuǎn)換（與測量開始時(shí)轉(zhuǎn)換的極性相同）即終止測量。這種方法在情況下無法達(dá)到zui高精度，但一般精度都在zui高精度的1/2，為有效觸發(fā)事件提供穩(wěn)定易讀的頻率顯示（到6位數(shù)）。由于任何一個(gè)事件（在合理幅度范圍內(nèi)）實(shí)質(zhì)上都可作為觸發(fā)事件，所以這里的“讀數(shù)”實(shí)際上就是一個(gè)通用頻率計(jì)數(shù)器。
　　
　　對嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行故障檢測時(shí)，經(jīng)常還必須要檢查各種局部時(shí)鐘信號(hào)的頻率，包括主晶振。此時(shí)示波器觸發(fā)計(jì)數(shù)器即可提供一個(gè)快速內(nèi)部解決方案，其測量比在波形基礎(chǔ)上的自動(dòng)頻率測量更加準(zhǔn)確，而且無需為頻率計(jì)數(shù)單獨(dú)設(shè)一個(gè)儀器。
　　
　　計(jì)數(shù)器還有助于尋找串?dāng)_和噪聲源。例如計(jì)數(shù)器發(fā)現(xiàn)總線上一個(gè)噪聲信號(hào)頻率是100kHz，那么可能是開關(guān)電源部分的串?dāng)_或接地有問題；同樣，如果噪聲信號(hào)頻率是主時(shí)鐘的1/2，問題就可能出在旁邊總線發(fā)出的串?dāng)_。因?yàn)閷?shí)際上信號(hào)源可以是任何觸發(fā)信號(hào)，所以計(jì)數(shù)器可測量任何條件觸發(fā)事件的頻率，并不僅僅是每個(gè)周期出現(xiàn)一次的電壓觸發(fā)，如將計(jì)數(shù)器與脈寬觸發(fā)結(jié)合，還可以確定發(fā)生在連續(xù)脈沖內(nèi)特定脈寬的頻率。
　　
　　彩色波形顯示器
　　
　　彩色液晶顯示器以前僅在實(shí)驗(yàn)儀器中才會(huì)有，但現(xiàn)在也可見于一些普通的DSO.彩色給顯示器多增加了一層信息，使這種儀器在作檢測時(shí)比以前更加容易。
　　
　　波形只不過是屏幕上的一條線，以顏色表示能帶來什么樣的好處呢？主要是在觀察多條波形線時(shí)彩色能看得更清楚，每條線都采用不同的顏色。這種彩色編碼方法還沿用到示波器前面板上，例如黃色旋鈕控制黃色波，通過黃色探針連接進(jìn)來，它還可以一路延長到探頭，甚至到被測電路上，用不同的顏色標(biāo)出測試點(diǎn)。另外，在疊加兩個(gè)波形比較區(qū)別時(shí)彩色也很有用，一些顏色在調(diào)光照明條件下還會(huì)更加清晰。
　　
　　彩色示波器可以提高生產(chǎn)率，簡單地講就是應(yīng)用簡單，能減少很多細(xì)小的人為錯(cuò)誤，而這種小錯(cuò)誤常常要花幾個(gè)小時(shí)才能解決。