本應用指南面向的讀者是數字系統設計師，他們在研發過程中會用到模擬和數字元器件，包括采用串行總線的微控制器和 DSP 系統。本文討論調試串行總線設計所面臨的挑戰和新的解決方案，這些串行總線包括控制器局域網(CAN)、集成電路間總線(I2C)、串行外設接口(SPI) 或通用串行總線(USB)。

串行總線協議簡介

多年來，并行總線一直是基于微控制器和 DSP 的設計與外設器件通信的主要方法。微控制器和 DSP 廣泛用于各式各樣的應用，例如蜂窩電話這樣的消費類產品，汽車中的電氣系統控制，以及工業應用中的各種嵌入式系統。在這些應用中，總線速度通常為數十兆赫茲或更低。但這些應用的復雜程度在不斷提高，而同時又要保持最低的成本，因此串行總線成為器件與外設間通信的主要方法。串行總線除了成本低之外，它還具有更低的功率，更少的引腳數，因而只需要較少的電路板空間。

串行總線只需要最少的控制線和連接，就能在串行線上傳輸數據。目前，許可制造商都按串行協議接口設計種類繁多的器件。這些總線廣泛應用于微控制器和 DSP 與 EEPROM、模數轉換器、傳感器、激勵源和各種其他外設的接口。在電視設備、蜂窩電話、汽車和許多其他工業應用中，其內部的控制總線和網絡常常采用串行總線通信協議。

串行總線的主要優點是只需要較少的信號，缺點是難以兼顧速度。微控制器的 I/O 端口與串行器件的通信要花相當多的時間。在混合的模擬和數字設計中，采用串行端口的另一個缺點是系統的調試問題。目前，要想從長長的串行數據流中提取協議自身的信息并確定器件間的交互作用還是相當困難。

使用混合信號示波器調試串行總線系統

在調試混合模擬和數字串行總線設計時， 會遇到不同類型的測量問題。設計師可能需要調試串行總線協議本身的行為，也可能要用某種現成的串行協議實現子系統或器件間的通信和協調工作，以完成整個設計。對于前者，用戶往往會使用示波器調試協議的物理層，測量上升和下降時間、建立和保持時間等參數，分析系統中時鐘和數據線上的信號電平。對于后者，設計師可能會查找系統中功能和集成方面的問題，也許還要分析相關時序和總線上的數據內容。

使用傳統方法調試目前的串行總線設計是一個非常大的挑戰。調試這些系統的一般方法是使用邏輯分析儀和示波器。不過， 由于數據是逐位讀出的，并非所有數據都有時間參考，因此在所關注的串行總線上進行觸發可能很困難。而過去用邏輯分析儀調試并行總線時，可通過設置碼型觸發或狀態觸發直接找到所關注的互動。

但是，要根據長串行數據流中的內容設置邏輯分析儀觸發則是另一個話題。要在串行協議中的碼型上觸發邏輯分析儀，就需要創建一個狀態機在協議中尋找您關注的碼流和幀信號。但大多數邏輯分析儀的狀態僅有 16 級，不能滿足查找長數據流問題的級數要求。

該解決方案需要進繁瑣的測量設置，這可能使用戶受到極大的困擾。如果用戶需要在系統上執行參數測量，那么將邏輯分析儀與示波器相關聯將更加耗時。而且這將要求兩種儀器上都有深存儲器，以觀察長串行數據流。由于設計具有嚴格的進度計劃和項目完成日期，多數設計師都認為在調試串行總線相關設計時，需要有更好的技術和測量儀器。

為應對這些挑戰，是德科技在 1996 年推出了混合信號示波器 (MSO) 來作為調試串行總線接口的一個有效方法。混合信號示波器擁有專門針對串行協議的觸發和解碼能力。這些特性解決了在特定協議條件下使用邏輯分析儀和示波器進行觸發的難題。Keysight 混合信號示波器 MSO 能在長串行數據流中自動找到要求的碼型，而無需在邏輯分析儀中建立復雜的狀態機。混合信號示波器是帶寬高達 1 GHz，具有 16 個數字定時通道和 2 個或 4 個模擬示波器通道的儀器。此外，混合信號示波器還使用 Keysight Mega Zoom III 技術，擁有非常深的存儲器采集記錄。這些觸發特性很容易設置，能縮短采用串行總線通信的嵌入式系統的調試時間。

Keysight 混合信號示波器 的串行總線應用特性使其能夠對帶有同步時鐘的串行總線 (例如 I2C)、帶有分立時鐘和數據線的 SPI 總線以及帶異步時鐘 (如 RS232 和其他 UART 協議) 的總線進行觸發和解碼。此外，Keysight 混合信號示波器 還能建立觸發，并對數據流中具有嵌入式時鐘的串行總線 (例如 CAN 和 USB) 進行K解碼。這些強大的觸發和解碼特性使它更容易關聯串行數據和長數據流上的定時。

Keysight 混合信號示波器具有高達8 M 的MegaZoom I I I 深存儲器， 能輕松、快速地捕獲和分析長串行數據流。在這樣一臺擁有Mega Zoom III 深存儲器和儀器上，您能夠觀察快速的數字信號，并將這些信號和長串行數據數據流中的慢模擬信號建立關聯。另外，MSO 的 16 個數字通道和 2 個或 4 個模擬通道采集可自動進行時間關聯。MegaZoom III 深存儲器解決了需要觸發兩次來獲得長時間捕獲信號觀察信號細節的兩難問題。

圖 1 顯示了一個基于微控制器設計的實例，使用微控制器控制和監測家庭中的各種電氣設備。微控制器通過SPI 總線與射頻收發信機、RS232 橋接器、EEPROM、小鍵盤和顯示器通信。MSO 是調試這一設計的理想工具。通過將其模擬通道和數字通道結合使用，用戶可以建立串行總線活動與系統其他部分發生事件的關系。從而更容易找到串行總線問題的原因，例如丟失確認信息、信息交換不符合規范或包數據的無意丟失。此外，觸發和解碼特性還提供了實時觀察問題的能力，以代替過去先捕獲數據，然后通過后期處理觀察數據記錄的方法。這樣，用戶就能確保所觀察的信號是系統中當前定時關系的精確表示。
許多設計中都使用一種以上的串行通信接口。例如，設計中可能用 I2C 總線與本地EEPROM 通信，而另一器件可能用 SPI 總線與其他外設通信。整個設計也許會通過 USB 或 CAN 連接到外部網絡。用一臺儀器調試系統的多個部分可縮短調試時間、降低成本和減少挫折。
使用具有 Mega Zoom III 深存儲器及特定協議觸發和解碼能力的 Keysight MSO 應對新挑戰，就能在目前采用串行總線的嵌入式設計中找到和觀察長串行數據流中的問題。這篇應用指南為您介紹Keysight MSO 串行協議，包括I2C、SPI、CAN 和 USB 協議的觸發和解碼特性，以及這些特性如何比過去更容易和更有效地調試基于微控制器和DSP 的設計。

圖1. 一個基于微控制器設計的實例，使用微控制器控制和監測家庭中的各種電氣設備。微控制器使用 SPI 總線與射頻收發信機、RS232 橋接器、EEPRPOM、小鍵盤和顯示器通信。

可能的應用

控制和監視家庭中的所有可控系統, 如：
- 供暖系統
- 報警系統
- 煙霧探測器
- 儀表系統(電表和水表等

集成電路間總線(I2C) 簡介

I2C (集成電路間) 總線最初由 Philips 公司開發， 用于電視接收機中各器件間的通信。現在，I2C 已用于多種應用，以實現高效的集成電路間控制，并得到大量半導體廠商的支持。I2C 總線包括兩條雙向的信號線總線，即 SCL (串行時鐘) 和 SDA (串行數據)。所有 I2C 總線器件都有芯片上接口，允許彼此間直接通信。大多數 I2C 器件的工作速度高達 400 Kbps，也有一些達到了幾兆赫茲的范圍。
I2C 協議具有嚴格的定義，并制定了尋址方式，因此不需要芯片選擇或邏輯控制。這是嵌入式設計中連接多個器件的簡單而經濟的解決方案。在 I2C 總線協議首次推出時采用的是 7 位尋址。為適應對更大的地址空間要求，現在允許進行 10 位尋址，速度提升至 3.4 MHz，并可向后兼容。由于它價格較低，因此在許多產品中都得到廣泛應用，包括蜂窩電話、音頻/ 射頻儀器、醫療設備和各種工業應用。事實上， 目前已有數百種 I2 C 器件。例如，嵌入式系統中的 I2C 器件，其中包括EEPROM、熱傳感器和實時時鐘。

I2C 總線在物理上包括 2 個有源信號和 1 個接地連接。信號 SDA 和 SCL 均為雙向信號。每一個與總線連接的元器件都有其專有地址，無論是 CPU、LCD 驅動器，還是EEPROM。這些芯片根據其功能作為接收機和/或發射機，還可擁有一個或多個總線主器件。總線上數據傳輸的發端器件通常被認為是總線主器件。主器件通常為微控制器、微處理器或 DSP。圖 2 顯示了具有I2C 總線的嵌入式系統實例。

圖2. I2C 總線系統實例。I2C 總線包括2 個有源信號SDA 和SCL。總線上的每一個器件都有自己的專有地址。

使用Keysight 混合信號示波器 的觸發特性調試I2C 總線系統

用傳統示波器進行調試并確定長串行數據流中的數據和定時關系既費時又費力。典型的問題是微控制器向器件 (例如 LCD 控制器) 發出信息請求，但未能由從器件中得到任何信息。要想使用傳統示波器調試該問題，需要用邊沿或碼型觸發記錄長長的串行數據流。然后，用戶要通過一幀一幀地滾動數據搜索特定問題。這種方法非常耗時。
使用具有 I2C 觸發特性和深存儲器的 MSO 是調試 I2 C 總線器件問題的理想解決方案。它具有 4 個模擬通道和 16 個數字定時通道，可在探測兩個總線信號的同時探測其他信號，例如 EEPROM 上的數據線和地址線，查看系統中實際產生的問題。憑借這些特性，就可以輕松地通過觸發和設置地址和數據條件調試共用 I2C 總線的條件，問題既可能出在系統行為上，也可能出在特定I2C 幀上。

I2C 觸發特性

設置 I2C 觸發特性非常簡單。所有特性均可通過 MSO 易于使用的界面訪問。將數據(SDA) 和時鐘(SCL) 分配給特定示波器通道后，用戶便可以選擇I2C 串行觸發選件， 如圖 3 所示。總線中的這兩條線可使用數字定時通道或模擬示波器通道來探測，并在屏幕上自動標記時鐘線和數據線。

圖3. 在混合信號示波器上設置I2C 觸發。MSO 的快速幫助屏幕給出了如何使用I2C 觸發特性的詳細說明。

內容觸發: 在特定地址值和數據值的讀寫幀上觸發

典型的 I2C 幀中有一個起始條件，一個用以配置某一從器件的讀寫操作的控制字節、一個有效確認時鐘脈沖以及代表數據的其他字節。MSO 可以很容易配置為根據控制字節或副字節的地址和/或數據進行觸發。

這是一種強大的觸發特性，當某特定地址的器件寫入或讀出某一數據值時，MSO 可使用戶看到 I2C 內的幀觸發。例如在圖4 中，當微控制器把十六進制數據值 41 寫入 I2C 總線地址為十六進制值 50 的小鍵盤時，MSO 就觸發。這一特性對查找軟件例程中講不正確數據寫入器件的錯誤是非常有用的。

EEPROM 數據讀觸發

在 I2C 協議中，EEPROM 有預先確定的總線地址，即二進制的 1010xxx。EEPROM 數據讀觸發查找SDA 線上與此碼型匹配的地址，該地址后是讀位和確認位。當數據符合用戶設置的限定條件時，MSO 便在發送數據后的確認時鐘沿上觸發。

Keysight 混合信號示波器 MSO 可在 "當前地址讀" 周期、"隨機讀" 周期或 "連續讀" 周期中的任何數據字節上觸發。MSO 觸發硬件首先查找適當的控制字節，接著查找符合用戶限定要求的任何數據字節。這些限定包括小于、大于、等于、不等于和無所謂。

例如，假定微控制器把來自溫度傳感器的校準數據保存在存儲器中，以備在日后的程序中使用。但在讀回數據時發生了錯誤，造成傳感器提供不正確的數據。MSO 的觸發特性使用戶可以輕松快速地跟蹤及調試從系統的 EEPROM 中讀出的數據。

圖4. 在帶有地址和數據的寫入幀上進行I2C 觸發。當某特定地址的器件寫入或讀出某一數據值時, 這一強大的觸發特性可使用戶看到I2C 內的幀觸發。

I2C 總線啟動和停止觸發

使用 I2C 協議，在任何總線事務產生前必須有一個啟動條件。啟動條件以信號的形式， 通知所有連接器件，總線上將有消息發送。這樣，所有連接的芯片都將監聽總線。在發送消息后產生停止條件。停止條件也以信號的形式，通知所有總線器件，總線已再次處于空閑狀態。芯片在消息發送期間被訪問，之后將處理接收到的信息。

使用邊沿觸發的傳統示波器很難找到 I2C 總線上的啟動和停止條件，而且往往需要用戶通過水平滾動屏幕在數以百計的脈沖中尋找。使用如圖 5 所示的 I2C 啟動條件觸發，通過在 SCL (時鐘) 線為高時查找SDA (數據) 線從高到低的跳變，MSO 即可在檢測到啟動條件時觸發。

I2C總線重新啟動觸發

在一條消息內可能有幀的多個啟動條件。具有 I2C 觸發能力的 MSO 可在啟動條件產生后的幀中找到重新啟動。

I2C 總線確認丟失觸發

在傳輸完每個字節后，通常都會發送確認消息。SDA 線被上拉到高后，SCL 線上有脈沖出現，就會發出對應一個確認消息。如果此期間一直未發送確認命令，就會使總線掛起，從而難以找到問題所在。是否微控制器未能發送正確的地址信息或者從器件沒有響應? 將MSO 設置為確認丟失觸發，可以非常快地隔離這一問題。它能在任何大小12C 幀的地址/控制字節或數據的任何地方找到丟失的確認事件。

10 位寫入觸發

10 位尋址允許使用多達 1024 個地址，可解決隨 I2C 器件數量擴展的從地址分配問題。如果碼型中的所有數據均匹配，MSO 即會在10 位寫入幀內地址時觸發。

專為 I2C協議設計的 MSO觸發特性使用戶能夠比過去更容易地調試 I2C總線，并可實時查找問題，無論問題是在協議設計本身，還是與系統中的器件相關。

圖 5. 幀啟動觸發。通過在 SCL (時鐘) 線為高時查找 SDA (數據) 線從高到低的跳變，Keysight 混合信號示波器 即可在檢測到啟動條件時觸發。

使用Keysight 混合信號示波器 MSO 的硬件加速解碼特性調試I2C 總線系統

目前，由于混合信號嵌入式設計廣泛使用I2C串行協議來實現EEPROM、DAC、ADC和其他外設與微控制器、微處理器和DSP的芯片間通信；該協議以串行方式傳輸數據， 使用傳統的示波器觸發很難發現嵌入式系統中的具體情況。憑借 MSO 集成的模擬和數字通道觸發能力，我們通過硬件加速解碼解決方案可以使示波器同步顯示特定的線性調頻，并驗證串行數據傳輸

硬件加速解碼: 更快地查找和調試間歇性串行總線錯誤和信號完整性問題

其他具有串行總線觸發和協議解碼的示波器解決方案，通常使用軟件后期處理技術來對串行數據包/幀進行解碼。使用這些軟件技術，通常只能達到較低的波形更新速率和解碼更新速率 (有時每更新一次需要數秒鐘)，特別是在使用深存儲器時， 往往要求捕獲多個封包的串行信號。硬件快速解碼支持更快的解碼更新速率，可以提高示波器捕獲偶發性串行通信誤碼的幾率。MSO 是驗證和調試當今的嵌入式設計的關鍵性工具，這些嵌入式設計往往同時涉及模擬信號、串行流量和高速數字控制信號。MSO 提供了一種綜合解決方案，能夠捕獲和解碼如圖 6 所示的各種不同速率的多個模擬信號、串行信號和數字信號，并確定這些信號在時間上的關系。

彩色編碼, 硬件加速數據解碼

解碼 I2C 串行總線非常簡單，只需點擊按鈕，打開串行解碼和選擇菜單，選擇正在使用的串行模式即可。通過屏幕上串行數據包的彩色編碼顯示，您可以輕松地建立數據包解碼與MSO 捕獲的模擬或數字信號的關系。在解碼I2C 串行數據流時，Keysight 混合信號示波器 MSO 還可以在嵌入式系統的另一種信號上觸發。這就形成了一個驗證混合信號嵌入式設計的完整的嵌入式系統調試解決方案。

圖6. 屏幕上顯示的是I2C 數據包的串行解碼與MSO 捕獲的模擬和數字波形的時間關系

串行外設接口(SPI) 簡介
串行外設接口 (SPI) 最初是 Motorola 公司為與許多常用通信處理器和微控制器接口所引入的串行總線標準。與 I2C 一樣，SPI 能夠與間歇訪問的速度較慢的外設器件進行良好通信，例如與 EEPROM 和實時時鐘的通信。但是，對于處理大量數據流的應用，SPI 比 I2C 更適合，因為它有高帶寬(幾十照赫茲)，而 I2C 需要通過從器件尋址完成讀寫操作。數據流應用的一個實例是微處理器、微控制器、A/D 轉換器、D/A 轉換器或DSP 間的數據通信。

SPI 總線上的器件使用主/從關系通信，這里主器件通常使用微控制器來啟動數據傳輸。當主器件生成時鐘信號并選擇好從器件后，數據便可向任一方向或同時在兩個方向傳輸 (稱為全雙工模式)。根據幀中每一位數據的值，協議就可以幫助器件確實數據是否為有效信號。

SPI 總線包括兩條數據線和兩條控制線。數據線為 MOSI (主器件數據輸出/從器件數據輸入) 和 MISO (主器件數據輸入/從器件數據輸出)。控制線包括 SCLK (串行時鐘) 和 SS (從器件選擇)。主器件能以任何數據速率發送數據。串行時鐘控制線由主器件驅動，它控制數據比特流和每個比特的發送周期。從器件選擇控制線允許從器件在硬件控制下打開或關閉。與 I2C 不同，SPI 協議沒有幀啟動；芯片選擇或從器件選擇 (SS) 變為高或低 (取決于器件) 便構成一幀數據。圖 7 顯示網絡電話的方框圖，這是多從器件系統的一個實例。

圖7. 網絡電話方框圖, 這是基于DSP 系統的多從器件SPI 總線的一個實例。

使用MSO 的觸發特性調試SPI 總線系統

由于 SPI 還沒有正式標準，因此有多種不同的實現方法。SPI 系統中的一般調試問題包括配置控制器的時鐘速率，以及每個外設時鐘數據在輸入和輸出時的相位和極性。例如在圖 8 所示的網絡電話中，某些器件可能使用時鐘的相同極性和相位輸入和輸出時鐘數據，也可能不輸入和輸出時鐘數據。因此，配置總線上的器件可能相當困難。
配置錯誤可能引發系統問題，而具有 SPI 觸發特性和深存儲器的 MSO 是調試長串行數據流的強大工具。在之前的網絡電話設計中，用戶可利用 MegaZoom III 深存儲器，通過一次采集同時精確捕獲 20 kHz 范圍音頻事件與 10 MHz 的 DSP 數字事件，并觀察它們之間的互動關系。用戶可在目標系統中連接時鐘、數據 (MISO 或MOSI) 和芯片選幀 (SS) 信號。如圖 8 所示，兩個模擬通道可以監測數據和時鐘， 16 個數字定時通道可以監測連接到外設器件的芯片選擇線。
Keysight 混合信號示波器 在幀周期間的串行數據碼型上觸發。時鐘斜率可設置為上升或下降邊沿。串行數據串的長度可規定為 4 至 32 位，幀內的各位值可指定為 L、H 或 X (無所謂) 條件。為使工作更容易，MSO 將在屏幕上自動為源通道設置CS、Clock 和Data 標記。
用戶必須為 MSO 串行觸發硬件選擇一個幀信號來進行檢測。這個幀信號可以是片選高有效 (SCS) 也可以是片選低 (?CS) 有效。MSO 也可以在用戶指定的時鐘不活動時間后生成自己的幀信號。MSO 要求從幀信號為真到第一個有效時鐘邊沿有50 ns 的建立時間。數據建立時間和保持時間分別為 10 ns 和 5 ns。如果指定的數據碼型為真，MSO 將在第 N 個時鐘邊沿(4 至32) 上觸發。

這種解決方案不僅功能強大，而且易于使用，特別是和傳統的邏輯分析儀和示波器組合方案相比，后者往往不能適應串行總線系統調試。使用 MSO，用戶不必手動建立邏輯分析儀的狀態機制，以便在串行數據流中找到要求的碼型，也不必將邏輯分析儀測試結果與示波器測試結果相關聯。MSO 只需幾個簡單的步驟便可找到相關碼型。調試 SPI 總線在過去是非常困難的事情，但 Keysight 混合信號示波器 具有專門的調試功能，可為設計師節省大量的調試時間，從而把更多的時間用在項目設計上。

圖8. 在SPI信號上進行設置和觸發。如果指定的數據碼型為真, MSO將在第N個時鐘邊沿(4至32) 上觸發。

控制器局域網(CAN) 簡介

控制器區域網 (CAN) 是 ISO 為實時應用定義的串行通信總線。它在二十世紀八十年度由 Bosch 公司推出，用于為汽車電子設備提供經濟高效的通信。CAN 串行總線的數據速率高達 1 Mb/s，具有出色的錯誤檢測能力，而且極為可靠。基于這些特性，CAN 串行通信總線在汽車行業一直得到廣泛應用，并且在制造、航空航天和其他許多涉及數據通信的工業領域中也越來越多地使用這一總線進行系統和子系統間的通信。

圖 9 是汽車中 CAN 總線系統的實例。典型的汽車系統可能有幾個工作于不同速度、執行不同任務的 CAN 網絡。例如，用于機械傳動系統的高速網絡，以及用于環境控制、照明和防抱死系統的若干網絡。

CAN 串行總線系統具有多主器件能力，這意味著所有 CAN 節點都可發送數據，多個CAN 節點也可同時向總線請求數據。

與傳統網絡不同，CAN 不是從一個點向另一個點發送消息。在 CAN 網絡中，器件沒有通常意義上的地址，因為是由數據而不是由器件給出識別符。優先級方案稱為帶沖突檢測的載波偵聽多址連接 (CSMA/ CD)，它將定義哪個器件是特定時間的總線控制器。具有最小數值的識別符有最高優先級，并獲得對總線的控制。任何潛在的總線沖突都可在硬件內解決。消息在網絡中廣播，任何節點若想獲取該消息，都可獲取。此外，CAN 總線是雙線總線， 總線信號稱為 CAN_高 和 CAN_低。由于采用差分電壓設計，CAN 總線有良好的噪聲抗擾度和容錯能力。

圖9. CAN 汽車系統實例。(Motorola 公司許可使用此圖)

許多半導體廠商都可提供低價位CAN 控制器、內嵌有 CAN 控制器的微控制器及接口器件。圖 10 顯示了典型的 CAN 節點， 包括使用外部地址總線的微控制器和專門的 CAN 控制器。某些控制器具有與地址總線上的并行器件相連的專門接口，也可使用另一種串行總線接口，例如 SPI。CAN 收發信機包括發送邊和接收邊，可同時在總線上進行讀寫操作。圖 10 給出了CAN 節點的一個實例，常用于汽車中的電動窗、引擎監測或懸架控制。

圖10. CAN 節點實例。

使用Keysight 混合信號示波器 MSO 的觸發特性調試CAN 總線系統

CAN 總線上有 4 種不同類型的通信。消息幀包括應用數據、遠程幀向網絡請求數據、錯誤幀向各節點報告錯誤，節點接收機電路未就緒時 CAN 幀傳輸產生的過載幀延遲。MSO CAN 觸發模式提供與任何消息幀、延遲傳輸請求幀及過載幀的同步功能。

由于信息幀通常知道 CAN 節點的過載地點，因而能同步查看特定 CAN 節點上的其他信號。圖 11 顯示了對 CAN 標準幀格式的MSO 快速幫助說明。

幀的起始是Start Of Frame (SOF) 位。用戶可以使用 MSO 的觸發能力將示波器的采集與 CAN 幀的起始同步，從而查看所設計電路中的其他操作以及與 CAN 總線數據流具有時間關聯的信號。這些觸發特性可使用 29 位識別符的 CAN 2.0B 格式或 11 位識別符的 2.0 A 格式。

我們用一個實例來說明這些特性如何用于汽車應用中的實時調試。例如，一條消息使引擎啟動，但也把引擎噪聲引入電子控制系統。該噪聲與 Start of Frame 同步，

而且很難隔離。如果使用邊沿觸發查找問題，用戶便需要水平移動波形，觀察一個個脈沖，即便如此，也很難使數據保持同步并建立關聯。但是通過 SOF 觸發功能， 這一活動便可與 MSO 觸發保持同步。用戶可以使用模擬通道進行探測，查看信號的噪聲成分。然后通過MegaZoom III深存儲器，用戶可以及時地回顧幀內的事件， 從而隔離問題，并通過分析找出噪聲問題的起因。

圖11. CAN 觸發快速幫助說明。用戶可通過Keysight 混合信號示波器 觸發能力將示波器采集與CAN 幀的起始同步。

CAN 觸發特性

用戶可使用MSO 中的4 個模擬通道或16 個數字定時通道，或者模擬和數字通道組合檢測 CAN 信號。當使用其中一個通道與 CAN 幀同步時，另外 17 個通道都可用于觀察設計。這17 個通道與是德科技公司MegaZoom III深存儲器相結合，可使您深入了解復雜的嵌入式CAN節點設計和交互。

規定波特率

為與總線流量正確同步，用戶可規定系統波特率。波特率應遵循 CiA ( CAN in Automation) 商會推薦的波特率。

觸發信號包括CAN_H、CAN_L、Rx 或Tx

用戶還可指定需要監測的 CAN 信號， 可以是差分 CAN 信號、CAN_H 信號或 r CAN_L 信號。這些對于監測總線非常有用，特別是用戶只能訪問這些信號時。MSO 還可用于觀察這些信號的參考信息，包括噪聲尖峰、振鈴和定時測量。但由于這是專為噪聲環境設計的差分信號，在觀察 CAN_H 或 CAN_L 信號時，噪聲尖峰可能造成假觸發。解決這一問題的方案是使用差分探頭，例如 Keysight N2772A 20 MHz 差分探頭來觀察實際的抗噪差分信號。請在菜單系統中選擇標題為'Differential' 的信號類型。

用戶也可在數字邊收發信機信號上檢測Rx 和 Tx。Rx 信號給出了總線數據流的全面情況，訪問起來也很方便。Rx 信號對物理總線 CAN_H 和 CAN_L 上的噪聲/電平漂移不敏感。Tx 線可提供更多信息，因為它只有在源節點發送總線消息時才有活動。對該線的檢測有助于隔離特定節點的流量。

實時觸發能力、MegaZoom III 深存儲器、4 個模擬通道和 16 個定時通道相結合， 使 MSO 成為調試 CAN 系統的強大工具。MSO 的 CAN 協議觸發特性幫助用戶輕松地同步需要的數據幀，以便找出汽車和工業設計中的問題。對于汽車電子模塊內的通信，一般采用 SPI 接口。由于 MSO 能夠在多種串行總線上觸發，因而它不僅是調試汽車應用中 CAN 系統，而且也是用于各種工業控制系統的強大測量儀器。

圖12. 用戶可指定需要監測的CAB 信號。此處顯示的是CAN-L 信號。

通用串行總線(USB) 簡介

通用串行總線 (USB) 具有高數據速率， 可提供從 PC 到各種多媒體和網絡 USB 外設器件的簡單連接。用戶可以使用 PC 的USB 端口將外設添加到系統中，而無需打開系統機箱。此外，用戶還能通過 USB 由一臺 PC 控制多種設備，例如打印機、掃描儀、數碼相機和音箱。

集線器和主機等這類外設執行全速率(12 Mb/s) 或低速率 (1.5 Mb/s)。這一速率完全滿足鼠標或鍵盤等設備對速度的要求；但新一代圖像和視頻設備，例如高分辨率打印機和掃描儀、視頻會議攝像機和讀寫 (R/W) DVD 驅動器對速率要求較高，

因此該速率無法滿足要求。高速USB 在全速 USB 的基礎上把數據吞吐量提高了 40 倍，達到了 480-Mb/s，以滿足這類設備的要求。USB 2.0 版融入了低速、全速和高速，這三種速率使用相同的電纜、連接器和軟件接口，是 USB 1.1 的向后兼容擴展版本。

USB 還支持即插即用，可進行自動識別和安裝。USB 已成為 PC 業界標準；現在幾乎每臺新 PC 都有一個或多個 USB 端口。圖 13 顯示 PC 通過集線器連接到多個外設的典型USB 系統。

圖13. USB 系統實例。

使用Keysight 混合信號示波器 的觸發特性調試USB 系統

如何調試USB 設備的物理層往往取決于對系統的可視性。例如，一個USB 鍵盤控制器往往將微控制器、EEPROM 和其他器件封裝到一個芯片中。在這種情況下，用戶只能訪問鍵盤的 USB 接口線，而不能檢測到控制器的內部器件。如果按下 CAPS LOCK 鍵 ( 大寫鍵) ， 不能接通鍵盤上的LED 燈，這一問題可能有幾種原因造成， 可能是軟件設置問題，還可能是器件故障或協議錯誤，亦或其他原因。為了查看相關情況和設置條件，測試設備需要能隔離出USB 包，以便找到系統中可能產生問題的地方。

USB 串行協議有以主機為中心的總線，這意味著主機是所有事務的發射端。圖 14 是 MSO 的 USB QuickHelp 說明的一個數據包實例。主機生成的第一個數據包是對后面信息的描述，包括數據處理是讀還是寫。下一個數據包通常是有效載荷數據包，緊跟著是數據包信息交換報告，通知數據或令牌是否成功接收，還是終點設備無法接收數據。

USB 數據包字段包括同步字段、包 ID 字段、地址字段、終點字段、循環冗余校驗字段和包結束字段。所有包都必須由同步字段開始，使發射機與接收機的時鐘同步。包 ID 字段用于識別所發送的包類型，地址字段規定包所指向的設備。循環冗余校驗對包中的有效載荷數據進行校驗，跟著這些字段的是包結束字段。

USB 串行總線是 4 線信號系統，信號包括VBUS、D-、D+ 和接地。D- 和D+ 是差分信號，并且是信息的主要載體。VBUS 信號向設備提供電源(通常來自主機或集線器)。

圖14. Keysight 混合信號示波器 USB QuickHelp 說明。Keysight MSO 可在低速和全速USB 上觸發。

USB 觸發特性

在 USB 觸發模式中，Keysight MSO 可在低速和全速 USB 上觸發。用戶可通過下面的觸發模式，從 2 條模擬線或 16 條數字定時線中任意選擇檢測線，以檢測差分線D+ 和D-。

包開始(SOP), 包結束(EOP)

SOF 包包括 11 位幀號。Keysight 混合信號示波器 在包開始的同步位處觸發。

包結束是 USB 包中的字段，并由一定位時間的單端 0 (SE0) 標記出來。Keysight 混合信號示波器在包結束的SE0 部分觸發。

進入掛起, 退出掛起

當總線在 3.0-ms 以上沒有活動時，USB 設備將進入掛起。即，總線空閑 3-ms 以上時，MSO 觸發。在退出掛起觸發模式下，當退出空閑狀態 10 ms 以上時，MSO 觸發，以便查看掛起/恢復過渡轉變。

復位完成(RC)

在復位完成觸發模式下，MSO 將在單端 0 (SE0) 大于10 ms 時觸發。

有許多 USB 觸發模式用于調試 USB 協議物理層的實例。有了這些觸發模式，用戶就能同步主機與 USB 外設間 USB 連接通信的USB 包，從而更輕松地建立協議內的關聯，找出系統中的問題。

圖15. Keysight 混合信號示波器在包開始的同步位處觸發。

總結-
新技術的發展總伴隨著新的設計和調試挑戰。是德科技Keysight 混合信號示波器 (MSO) 添加了新方法，以解決調試融合了串行總線的基于微控制器和 DSP 的設計時的問題。是德科技通過提供具有專門設計調試和解碼能力的 MSO 的獨特解決方案，已經解決了調試串行總線接口方面的問題，使您能夠輕松地調試總線協議和器件間的相互關系。使用一臺易于使用的儀器調試系統的多個部分，就可縮短調試時間、降低調試成本和減少挫折感，使設計更快地投入生產。使用Keysight 混合信號示波器 的優點有:

￣ 這些強大的串行觸發特性允許實時觸發，從而為使用I2C、SPI、CAN、LIN、RS-232/UART 或 USB 串行協議的微控制器和/或 DSP 設計確立定時關系。

￣ 串行協議觸發特性易于使用和設置；無需設計邏輯分析儀中復雜的狀態機制, 來調試串行協議。

￣ Keysight MSO 具有 4 個模擬通道和 16 個數字通道, 可在一臺儀器中完成所有參數、定時和功能測量。

￣ MSO 擁有高達 8 MB 的 MegaZoom III 深存儲器, 能夠在一次采集中輕松、快速地捕獲和分析長串行數據流, 并將快速數字信號與慢速模擬信號相關聯。

￣ Keysight MSO 具有業界最快的波形更新速率, 最快可達100,000 波形/秒(處理模擬、數字和串行信號)，以及 256 級亮度的 12.1 英寸高清晰、超快響應顯示屏, 能夠顯示出大多數其他示波器可能錯失的微小波形細節。

￣ QuickHelp 說明 (有 11 語言) 提供如何使用這些強大功能的細節。

無論是是德科技獨特的 2+16 和 4+16 通道混合信號示波器 (MSO)，還是傳統的 2 和4 通道示波器都經過優化，為驗證和調試帶串行總線的基于微控制器和 DSP 的設計提供所需的適當功能。該組合功能專門為您提供需要的測量功能，以便更快地將高質量的產品投放市場。

示波器

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Keysight 是德科技示波器 ( 原安捷倫示波器）解決方案。模擬和數字示波器，便攜式，高帶寬和深存儲器示波器解決方案，示波器探頭和附件。是德科技擁有各類價格的示波器、KEYSIGHTCARE 服務與支持。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的4位快速加法器和4位串行加法器相比_使用混合信号示波器调试串行总线系统的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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