Logikanalysatoren
Im Folgenden werden Logikanalysatoren für Einsteiger vorgestellt.
Die vorgestellten Geräte verwenden einen Messadapter, der über den USB-Bus an einen PC angeschlossen wird. Die Bedienung und Anzeige wird per Software auf dem PC realisiert.
Professionelle Logikanalysatoren haben eine eigene Anzeige und Bedienung.
Elektrische Verbindung zum PC
Die elektrische Verbindung zum PC wird über den USB-Bus hergestellt.
- Durch fehlerhaft angeschlossene Messeingänge kann Spannung an die Elektronik des PCs gelangen, die diesen beschädigen.
- Auch wenn der Messadapter gegen Überspannungen usw. geschützt ist, kann der PC beschädigt werden:
- Wird der Masseanschluss an eine fehlerhafte Spannung (negativ oder zu hoch) angeschlossen wird, kann ein Kurzschluss über die geerdete Masseleitung des USB-Busses den PC beschädigen.
- Zum Messen verwenden wir am besten einen alten PC oder einen Raspberry Pi.
Begriffe
- Kanäle sind die Dateneingänge, die parallel aufgezeichnet werden, z.B. 4 Bit, 8 Bit oder 16 Bit.
- Sample ist ein Satz aufgezeichneter Daten über alle Kanäle.
- Samplingrate, Sample-Rate oder Abtastrate gibt an, wie viele Abtastpunkte pro Sekunde aufgezeichnet werden. Die Samplingrate wird z.B. in 10k/s, 1M/s oder 24M/s angegeben. Professionelle Geräte haben Raten über 1G/s, d.h. mehr als eine Milliarde Abtastwerte pro Sekunde und Kanal.
- Sample Memory oder Speichertiefe beschreibt, wie viele Abtastpunkte in einem Sample aufgezeichnet werden können. Gängige Werte sind 1k, 256k, 1M usw.
-
Trigger, Triggerbedingung, Trigger condition beschreibt einen Zeitpunkt und eine Bedingung, ab wann aufgezeichnet wird.
Wir gehen im Praktikum Logikanalysator triggern darauf ein.
Saleae
Die amerikanische Firma Saleae bietet eine Reihe von einfachen Logikanalysatoren an. Die Geräte sind für den Einsteiger sehr gut geeignet, einfach zu bedienen, haben aber auch ihren Preis.
- Betrieb über USB am PC
- Logic 8 (das einfachste Gerät von Saleae)
- 8 Kanäle
- Maximale Abtastrate 24MHz
- Maximale Speichertiefe nur durch den Speicher (inklusive Festplatte) des PCs begrenzt.
- Daten werden im PC aufgezeichnet, d.h. lange Sequenzen sind möglich
- Eingang: 2,8V bis 5,5V (max ± 25V)
- Einfache Bedienung
- Zeitmessungen mit vielen Möglichkeiten
- Trigger-Logik auf Flanken und Zustände der Eingänge
- Übersichtliche Anzeige
- Software für Windows, Mac OS X, Linux
- Preis ~ 400€
BitScope Micro
Die Firma BitScope bietet ein kleines Gerät an, dass für Einsteiger interessant sein könnte.
- Es will eine eierlegende Wollmilchsau sein, die alles kann.
- Leider ist es eine Ente, die alles kann - nur nicht richtig.
- Betrieb über USB am PC
- Der USB-Anschluss wird nur als serielle Schnittstelle genutzt.
- 6 digitale Kanäle
- Maximale Abtastrate: 40M/s
- 200k/s kontinuierlich
- Speichertiefe: 12k
- Daten werden nicht im PC gespeichert, d.h. lange Sequenzen sind nicht möglich.
- Eingang 2,8V bis 5,5V (max ± 10V)
- Bedienung ist etwas umständlich
- Die Anzeige ist unübersichtlich, da Oszilloskop und Funktionsgenerator enthalten sind.
- Software für Windows, Mac OS X, Linux (Raspberry PI)
- Enthält auch ein 2-Kanal Digal-Oszilloskop und einen Funktionsgenerator
- Das Oszilloskop kann zum Triggern des Logikanalysators verwendet werden
- Preis 110€
- Fazit:
- Das BitScope Micro kann alles, nur leider nicht richtig
- Das Oszilloskop ist weder für Einsteiger noch für Ausbildungszwecke geeignet.
- Der Funktionsgenerator ist auch nur ein Spielzeug. Für wenig Geld gibt es Besseres.
- Der Logikanalysator hat zu wenig Speicher
- Die Ente ist viel zu teuer!
FX2LP basierte Logikanalysatoren
Die ersten Logic-Geräte von Saleae verwendeten den High-Speed USB Peripheral Controller (FX2LP) von Cypress
Mit dem CY7C6801X können Saleae-kompatible Geräte einfach aufgebaut werden.
- Betrieb über USB am PC
- 8 Kanäle
- Maximale Abtastrate 24MHz
- Daten werden im PC aufgezeichnet, d.h. lange Sequenzen sind möglich.
- Eingang 2,8V bis 5,5V (max unbekannt)
- Die angebotenen Geräte unterscheiden sich meistens in der Eingangsschaltung.
- Die Eingänge sind meistens weitgehend ungeschützt.
- Beim Anschluss der Geräte ist Vorsicht geboten, damit weder das Gerät noch der Logikanalysator beschädigt werden.
- Einfache Bedienung
- Zeitmessung mit vielen Möglichkeiten
- Trigger-Logik auf Flanken und Zustände der Eingänge
- Übersichtliche Anzeige
- Solche Geräte werden als Saleae-kompatibel bezeichnet.
- Meistens handelt es sich um einfache Nachbauten.
- Die Verwendung der Software von Saleae ist gemäß den Nutzungsbedingungen auf den Nachbauten illegal.
- und die freie Software PuseView ist genauso gut.
- Ein Saleae-kompatibler Logikanalysator kostet ca. 20€.
- Wir bauen die Schutzschaltung für einen Logikanalysator selbst.
USB-Messgeräte
Über den USB-Bus ab Version 2.0 können bis zu 40 MByte pro Sekunde übertragen werden. Mit einer im Vergleich zu herkömmlichen Logikanalysatoren einfachen Hardware können die Daten von 8 Kanälen über den USB-Bus an einen PC übertragen werden. Die komplexen Funktionen des Logikanalysators einschließlich der Anzeige werden per Software auf dem empfangenden PC realisiert.
Häufig wird der Mikrocontroller EZ-USB FX2LP von Cypress eingesetzt.
Moderne Saleae-Geräte basieren nicht mehr auf dem FX2LP Mikrocontroller. Sie bieten z.B.:
- mehr Logikeingänge,
- höhere Abtastraten über USB 3,
- Schutz der digitalen Eingänge und
- zusätzliche analoge Eingänge.