Что такое логический анализатор? Это такой прибор… для логического анализа))) Сразу приходит на ум фильм с Робертом Де Ниро

Зачем я его купил? Ну конечно же занимать логическим анализом))). А точнее анализом логических уровней разных микроконтроллеров и периферии к ним. То что принято называть реверс инжинирингом.

Недавно разбирался с двумя ультразвуковыми датчиками DYP-ME007Y, . И, когда в очередной раз захотелось посмотреть, какие сигналы бегают от датчика к микроконтроллеру и обратно, вспомнил о таком чудном приборе. И тут подвернулся ОН по цене менее $6.

На входе анализатора стоят токоограничивающие резисторы 100 Ом, подтягивающие к земле резисторы 100 КОм и конденсаторы 5 пФ. Все честно, как в описании.

Самое вкусное в данном анализаторе это то, что подходит .
Доступны версии для OSX, Linux и Windows на 32 и 64 бита.
Saleae Logic 1.2.3 под Windows 7 заработал с пол пинка, софт запустился, железо опозналось, не смотря на надпись версии «Beta».

Интересные плюшки в программе Saleae Logic

Триггер срабатывания записи логической последовательности на каждый канал

• На изменения логического уровня в «0»
• На изменение логического уровня в «1»


• На положительный импульс заданной длительности
• На отрицательный импульс заданной длительности

Подсчет статистических показаний по текущему измерению

Декодирования протоколов: Async Serial, I2C, SPI, Hide, 1-Wire, Atmel SWI, BISS C, CAN, DMX-512, HD44780, HDLC, HGMI CEC, I2S/ PCM, JTAC, LIN, MDIO, Manchester, Midi, Modbus, PS/2 Keyboard/Mouse, SMBus, SWD, Simple Parallel, UNI/O, USB LS и FS

Ведение журнала по декодируемому протоколу

Позанимаемся логическим анализом.

Для начала разбираюсь с ультразвуковыми датчиками, о которых писал в начале обзора.

Если один работает точно по даташиту: короткий импульс на «триггер» запускает ультразвуковой импульс и по длительности эхо измеряется расстояние. То второй и третий (с мигающим светодиодом) примерно раз в 100мс без каких либо внешних пинков сам мерит расстояние и посылает его на скорости 9600 в виде четырех байт (включая контрольную сумму). Программа Saleae Logic позволяет включить декодирование сигнала последовательной шины в последовательность байт. Датчики второго типа отлично работают с отключенным выводом «TRIG», хотя может и ждут какой нибудь команды на этом входе, но сие даже волшебный приборчик не покажет.

Далее захотелось посмотреть ШИМ сигнал Aтмеги 168? Включил все шесть каналов поддерживающих PWM на разный уровень и с удивлением обнаружил, что частота двух каналов ШИМ отличается от 4-х других. Задействованы разные таймеры?

Далее посмотрел работу шины I2C. И опять софт нормально справился с декодированием.Можно видеть пакеты записи в регистры при работе

Подключил ленту с - анализатор нормально проглотил 800КГц и успешно расшифровал протокол DFX-512

RF-приемник на 315МГц, подключенный напрямую к анализатору, получил сигнал с , и выдал манчестреский код. После подбора скорости манчестреский код превращается умной программкой в последовательность байт.

Интересно, а как с точностью измерения временных интервалов? Точного генератора импульсов у меня под рукой не оказалось, но Ардуиновская tone(1000) на 1000Гц


и tone(20000) на 20КГц дают довольно точный результат.

Небольшой итог

Логический анализатор очень нужная и полезная вещь для тех, кто занимается раскапыванием китайской периферии к микроконтроллерам (Назовем красиво - реверс инжинирингом)
Из достоинств данной железки хочу отметить:

• Привлекательную цену
• Совместимость с довольно удобным софтом Saleae Logic
• Защита на входе в виде шинного формирователя LVC245A
• Малые габариты

Явных недостатков у этой железки для себя не нашел. Жаль, что я не приобрел логический анализатор раньше -сколько времени бы я сэкономил во многих проектах.

Сейчас стоит задача анализа логических уровней на 12В, давно хотел разобраться с датчиками ABS своего авто. Думаю, что резисторный делитель и 5-ти вольтовый стабилитрон на каждом входе будет в самый раз.

Основные характеристики прибора:

• до 32 входных каналов;
• память 128 КБайт на каждый канал;
• частота дискретизации до 100 МГц;
• вход внешнего тактирования;
• все входы совместимы с 3.3 В и 5 В логикой;
• настраиваемый размер буфера предвыборки/поствыборки кратный 8 КБайт;
• 16 битный генератор внутренней синхронизации;
• несколько режимов внутренней синхронизации;
• программируемая задержка синхронизации;
• программируемый счетчик событий синхронизации;
• вход внешней синхронизации;
• коммуникация с ПК по LPT (EPP режим) или USB интерфейсу;
• несколько версий приложений для ПК под различные операционные системы.

Основным элементом логического анализатора является ПЛИС , производства компании , которая и выполняет все основные функции. Принципиальная схема прибора изображена на Рисунке 1.

В качестве источника тактовой частоты для ПЛИС используется осциллятор IC4 (IC6), позаимствованный со старой материнской платы компьютера. Несмотря на то, что осциллятор рассчитан на работу при напряжении 5 В, проблем в работе прибора при питании его напряжением 3.3 В выявлено не было.

Для хранения выборок используется внешнее быстродействующее ОЗУ - микросхема .

Для питания прибора используется внешний источник с выходным напряжением до 15 В. ПЛИС и ОЗУ имеют напряжение питания 3.3 В, поэтому установлен регулятор напряжения 3.3 В серии LD1117DT33 .

Коннектор параллельного порта K7 размещен на плате логического анализатора и подключен непосредственно к ПЛИС. Печатная плата логического анализатора двухсторонняя, используются компоненты для поверхностного монтажа и обычные компоненты с выводами. Вид печатной платы показан на Рисунке 2.

Замечание. Вместо вывода 40 (Vss) микросхемы SRAM к «земле» подключен вывод 39 этой микросхемы. Решение: соединить на печатной плате вывод 39 и 40 вместе (вывод 39 не используется в микросхеме SRAM).

Для подключения к персональному компьютеру по интерфейсу USB необходимо использовать специальный адаптер, схема которого изображена на Рисунке 3.

Адаптер USB интерфейса для логического анализатора собран на микросхеме серии FT2232C производства компании FTDI. Данная микросхема объединяет в себе функциональность двух отдельных микросхем FT232BM и FT245BM. Она имеет два канала ввода/вывода, которые конфигурируются отдельно. Основные моменты конфигурации FT2232C для применения в составе прибора - это питание от USB интерфейса и режим эмуляции шины микроконтроллера (MCU Host Bus Emulation mode). Этот режим конвертируется в протокол EPP посредством мультиплексора IC3 74HCT4053D. Так как непосредственное декодирование сигналов /DST, /AST и RD/WR может вызывать конфликты таймингов, используется дополнительный сигнал A8, который используется в качестве сигнала RD/WR (чтение/запись) в периоды передачи данных по EPP протоколу.

Коннектор JTAG (CON2) используется для конфигурирования ПЛИС - это для будущих разработок, на текущий момент данный интерфейс не используется.

Микросхема EEPROM серии 93LC56 (IC2) хранит конфигурационные данные для микросхемы FT2232C и является обязательным элементом для правильного функционирования программируемого интерфейса. Для программирования данной микросхемы используется утилита FT_Prog (ранее она имела название MProg). Данная утилита и драйвера FT2232C доступны для скачивания на сайте компании FTDI.

Печатная плата адаптера разработана односторонней, что упрощает ее изготовление.

Существует также версия B 1.0 адаптера USB интерфейса (Рисунок 5). Данная версия отличается отсутствием коннектора JTAG и печатной платой, которая выполнена с учетом встраивания ее в корпус коннктора CANNON 25. Внешний вид собранных адаптеров а Рисунке 6.

a)	b)

Рисунок 6.

Внешний вид адаптера USB интерфейса версия A 1.1 (а) и версия B 1.0 (b)

Также имеется еще одна версия схемы логического анализатора (Рисунок 7), в которую уже интегрированы интерфейсы USB и LPT. Автором этого варианта является Bob Grieb и при разработке схемы использовалась среда TinyCAD, печатная плата для него разрабатывалась в редакторе FreePCB.

В этой статье пойдет речь о логическом анализаторе — незаменимом инструменте для реверс-инжиниринга, да и вообще полезном в хозяйстве приборе. Для тех кто ни разу с подобным прибором не сталкивался скажу, что логический анализатор это что-то типа осциллографа, но у него много каналов и он может различать только два состояния сигнала: логический ноль и единицу. Используется оно в основном чтоб присосаться к какой-нибудь шине данных и считывать с неё то, что по ней передается, в компьютер. Ну а на компьютере работает специальный софт который эти данные отображает в дружественном для пользователя виде. Если бы программа просто показывала нам набор единиц и нулей растянутых во времени, то толку от этого было бы мало ибо анализ таких данных очень сложен и может взорвать моск даже опытному инженеру. Поэтому, все нормальные программы умеют декодировать протоколы типа 1-Wire, i2c, SPI, UART и так далее. Собранный мной анализатор поддерживает две популярные программы Saleae Logic и USBee Suite .

Сердцем девайса является контроллер CY7C68013A широко известный на просторах интернетов. Именно на нем народ клепает приборы вроде моего. К сожалению, у нас я не смог найти такой, пришлось покупать (13$) на Ebay небольшую отладочную платку с этим контроллером, а потом варварски его оттуда выковыривать. Кстати на той же плате есть почти все что нам потребуется для изготовления девайса (кроме буфера). Сама платка выглядит вот так:

Шаг выводов у контроллера очень мелкий, и если у вас не возникает желания «подковать блоху», то можно оставить контроллер на своем месте просто подпаяв к этой плате буфер. Но тут есть один момент об который я ломал голову почти целый день — этой на плате стоит не совсем та микросхема памяти. В первых нескольких байтах этой микросхемы должен быть записан идентификатор устройства и производителя (PID и VID). Как потом оказалось эта EEPROM память, может быть использована программой контроллера для каких-то своих целей. Прошивка предполагает, что к контроллеру подключена память 24lc02 ну а фактически китайцы туда присобачили 24lc128. Из-за разницы в адресации к ячейкам, прошивка не может записать (или прочитать?) что-то в какую-то ячейку памяти и девайс не стартует. Однако те самые первые байты с PID и VID пишутся/читаются правильно даже с микросхемой памяти большего объёма. Микросхема достаточно редкая (потому что старая) и я не нашел её не местном радиобазаре и втыкал всякие по очереди из тех что были в наличии. Успешно заработала 24lc04, а 24lc16 и всё что больше — работать правильно отказались. Эта проблема была только с софтом от Saleae, что же касается USBee, то там все работало без замены микросхемы. Кстати у контроллера CY7C68013A есть одна примечательная особенность: Он не имеет ни какой энергонезависимой памяти в которой хранится его прошивка. Она записывается в контроллер драйвером и остается в нем пока есть питание. Таким образом меняя VID и PID в микросхеме памяти, мы можем превратить девайс во что угодно 🙂 Теперь посмотрим из чего же сделан наш девайс:

А собственно ничего почти в нем и нет:

• Сам контроллер CY7C68013A
• Микросхема памяти
• Буфер
• Стабилизатор на 3.3 в

Ну и всякая типовая обвязка. Кстати на конденсаторах народ народ на форумах экономить не рекомендует, иначе самопроизвольные сбросы и прочие сюрпризы вам гарантированы. Отдельно стоит рассказать о назначении перемычек. Нафига нужна JP3 я пока не понял, но на всякий случай поставил, так как во многих подобных девайсах она есть. Без неё всё пока работает нормально. Перемычка JP1 управляет защитой от записи, её наличие разрешает запись чего-либо в микросхему. JP2 нужна для того чтоб временно отсоединять память от контроллера для её дальнейшей прошивки. Как это сделать сейчас разберемся. Кстати, прошить её можно обычным программатором для подобных микросхем, но для удобства лучше воспользоваться моим способом. Первым делом нужно скачать (и установить!) Cypress SuiteUSB 3.4, сделать это можно на официальном сайте или у меня . Затем необходимо снять перемычку JP2, а перемычку JP1 установить. После этого подключаем девайс и видим появилось новое устройство. После установки драйверов оно должно отображаться так:

Понятно, что контроллер не обнаружил микросхемы памяти и не понимает кто он из-за невозможности прочитать VID и PID. Когда контроллер находится в таком режиме, мы можем записать что-то в EEPROM память при помощи специальной утилиты которую мы установили ранее. Возвращаем перемычку JP2 на место при этом не отключая устройство! Теперь нужно запустить программу Usb control center и выбрать в списке слева наше устройство «Cypress EZ-USB FX2LP EEPROM missing «. Потом нужно в меню выбрать пункт Program FX2 -> Small EEPROM и в открывшемся окне выбрать тот файл содержимое которого нужно прошить в EEPROM. Если вы желаете использовать софт Saleae Logic , то нужно прошить туда вот . А если хочется юзать USBee Suite, то . Когда все успешно прошьётся, то внизу окна появится соответствующая надпись:

Если там ошибка, то не установлены перемычки JP1 и JP2. Теперь можно устанавливать софт и пробовать запустить анализатор. Софт Saleae Logic скачать можно на официальном сайте или , а USBee Suite или у меня . Установка ни каких проблем вызвать не должна, везде нажимаем «далее» и со всем соглашаемся 🙂 Особо активно я пока этот анализатор не использовал, поэтому о софте подробнейшего рассказа не будет, расскажу только базовые возможности этих двух софтин. Ну а начну с чего попроще: Saleae Logic. Софт умеет декодировать следующие протоколы:

• DMX-512
• I2S / PCM
• Manchester
• 1-Wire
• Async Serial
• Simple Parallel
• UNI/O

Данные после декодирования можно выгрузить в текстовый файл или сохранить в сыром виде а потом анализировать. Например вот так выглядит обмен данными между термометром DS18B20 и контроллером:

А вот тут я шлю привет через :

Захват данных может начаться как в ручном режиме так и по триггеру. Достоинство этой программы в простоте и интуитивно понятном интерфейсе. А еще она не очень требовательна к ресурсам по сравнению со следующей программой USBee Suite . Сразу после запуска у нас появятся 8 цифровых каналов и один аналоговый, которого в нашей конструкции физически нет. Поэтому его можно отключив нажатием крестика около него. Ну или можно припаять АЦП и немного обвязки и он начнет работать. Но мне с моим нормальным осциллографом это нафиг не нужно и я не стал заморачиваться. Программа умеет понимать следующие протоколы

• Sync Serial
• Parallel bus
• Async Serial
• SMBus
• 1-Wire

Самый главный плюс — оно понимает USB, пока он мне не нужен, но скоро буду раскуривать и вот тогда анализатор будет как раз кстати. Я попробовал снять те же самые данные что и выше, при помощи этой программы. Опять тот же самый 1-Wire термометр от Dallas semiconductor:

и опять те же данные отправляемые через :

Меня удивило то, что не смотря на всю свою крутость обе программы не умеют делать автодетект скорости UARTa. Что касается остальных протоколов, то до них еще не дошла очередь, но я обязательно их испытаю. Ни какого корпуса для девайса у меня нет, но возможно в ближайшем будущем он появится. Еще рекомендую купить цветных проводков, ведь каждому каналу в программах соответствует свой цвет и это очень удобно. Не лишними будут так же хваталки, которыми удобно присасываться почти к любому месте на плате:

Называются они «Test Hook Clip Probes» если кто будет искать в магазинах заморских. Продаются они сразу по 20 штук на DealExtreme. Предвидя вопросы на счёт платы, скажу сразу что она сделана обычным ЛУТом. Ничего ни где не отвалилось. Контроллер был припаян при помощи паяльника, матов и фена. Главное не торопиться. Ну а все остальные детальки очень большие и паяются феном или паяльником легко и непринужденно. Кстати, моя первая плата в Eagle, так что прошу не судить строго 🙂

Саму печатку можно скачать . Предложения и комментарии принимаются.

0

Vassilis Serasidis Логический анализатор - это инструмент, который позволит увидеть и проанализировать последовательность логических 0 и 1 в цифровом сигнале. К примеру, можно изучить цифровой сигнал с ИК приемника-демодулятора типа TSOP-1736, выходные и входные сигналы микросхемы MAX232, а также шину I2C (линия тактирования и линия данных) во многих электронных устройствах. В статье мы рассмотрим конструкцию миниатюрного 4-канального логического анализатора с ЖК дисплеем от мобильного телефона Nokia 5110/3110. Основой конструкции является микроконтроллер Atmel ATmega8, помимо него используются еще несколько дискретных компонентов. Основные характеристики прибора: 4-канальный логический анализатор; возможность исследования сигналов с частотой до 400 кГц; входное напряжение до +5 В; ЖК дисплей с разрешением 84 × 48 точек; питание от 4 аккумуляторов 1.2 В, максимальное напряжение питания 4.8 В; память: от 3.7 мс для высокоскоростных сигналов до 36 с для низкоскоростных сигналов; кнопки управления; простая конструкция. Принципиальная схема На Рисунке 1 представлена принципиальная схема прибора. Сразу следует отметить, что прибор питается от 4 аккумуляторов с напряжением 1.2 В каждый.
Нажмите для увеличения Внимание!!! Питание от 4 батареек с напряжением 1.5 В недопустимо, при данной схеме прибора, так как напряжение 6 В может вывести из строя микроконтроллер и ЖК дисплей.
Выключатель S1 предназначен для подачи питания. Подтягивающие резисторы R2-R5 установлены с целью исключения появления ложных данных на цифровых входах прибора из-за влияния электромагнитных полей или при касании пальцами сигнальных щупов. Светодиод LED1 предназначен для индикации наличия сигнала на цифровых входах прибора и, следовательно, начала записи сигналов в память. В схеме используется ЖК индикатор от мобильного телефона Nokia 3310/5510, он рассчитан на работу при напряжении питания 3.3 В - 5.0 В, однако максимальное напряжение для подсветки дисплея - 3.3 В, поэтому в схеме установленo три последовательно включенных диода 1N4007 (D1-D3) по линии питания подсветки дисплея. Благодаря диодам напряжение снизится до 2.7 В и его вполне будет достаточно для питания подсветки. Процесс захвата данных и программное обеспечение Следует отметить, что автором подготовлены две версии прошивки микроконтроллера. Изначально, для версии 1.00 логического анализатора, использовалась интегрированная среда разработки AVR Studio 4.18, но затем автор перекомпилировал исходный код и для AVR Studio 5 - версия 1.01. После перекомпиляции под 5 версию среды разработки и дальнейшего тестирования прибора, было замечено улучшение стабильности захватываемых сигналов. Запись сигналов ведется во внутренний буфер памяти ОЗУ, который рассчитан на 290 отсчетов. Буфер данных образован 870 байтами (для 1 версии программы микроконтроллера) из которых 2 байта используются для счетчика и 1 байт для информирования о входном канале. В версии 1.01 буфер данных был сокращен до 256×3=768 Байт с целью увеличения скорости захвата данных, т.к. переменная размера буфера является 8-битной, вместо 16-битной, которая использовалась в первой версии ПО. После подачи питания, микроконтроллер переходит в режим ожидания импульса на любом из 4 входов прибора. По определению входного импульса микроконтроллер начинает подсчет времени до поступления следующего импульса на любом из 4 входов. Длительность выборки хранится в 16-битной переменной «counter». После переполнения этой переменной информация о состоянии 4 входов и значение счетчика сохраняются в буфере и значение его адреса увеличивается на три (2 байта для счетчика и 1 байт - информация о входной линии). Этот процесс повторяется пока микроконтроллер не заполнит весь буфер (870/3=290 выборок или импульсов). Процесс записи сигналов в память микроконтроллера изображен на рисунке 2. После заполнения буфера, все накопленные данные отображаются на ЖК дисплее в виде осциллограммы. Пользователь может управлять осциллограммой - передвигать влево (кнопка S3) или вправо (кнопка S4), чтобы просмотреть всю сохраненную последовательность импульсов. Если были записаны низкоскоростные сигналы, то пользователь может изменить масштаб в пропорции 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096 или 8192 нажатием на кнопку S2. При программировании микроконтроллера необходимо установить Fuse-биты в соответствии с рисунком. Вид печатной платы и расположение компонентов

Для работы в сложных цифровых схемах китайский логический анализатор вещь крайне необходимая. Подкупает так же и его небольшая цена и удобное программное обеспечение. И он вполне меня устраивал пока не возникла необходимость одновременно просмотреть работу разных узлов схемы, питающихся от разных источников и не имеющих общей земли. Изначально анализатор имеет 8 не развязанных по питанию каналов с амплитудой импульсов на входе 5 вольт. Данная доработка позволяет сделать входы анализатора гальванически развязанными и работать с импульсами амплитудой от 3-х вольт до 25 вольт. Положение галетных переключателей выбирается в зависимости от размаха входных импульсов. Но расчетно схема сохранит работоспособность до 65 вольт.

В схеме используются высокоскоростные оптроны, рассчитанные для работы в оптоволоконных сетях. Частотные характеристики оптрона выше, чем может пропустить анализатор,так как минимальная длительность импульса которую может зарегистрировать анализатор составляет что то около 42 наносекунд. Ток светодиода оптрона выбран в районе 6-7,5mA. Оптрон допускает повышение тока до 15mA. А такой ток возникнет при входном напряжении 65 вольт при положении галетного переключателя "25v".

Конкретно моя плата содержит 4 гальванически развязанных канала и 4 не развязанных с 5-ти вольтовыми входами. Питание подается с платы анализатора. При этом надо провести некоторую доработку: достать из корпуса плату анализатора, перерезать дорожку идущую к выводу 9 разъема и подать на этот вывод через резистор 10 Ом напряжение с правого вывода LM1117.

Схема и конструкция получились достаточно простыми, а возможностей использования добавилось значительно.
При испытании гальванически развязанных входов, для чистоты эксперимента, входы подключались параллельно. Т.е взаимно соединялись 4 входа IN A,B,C,D и соответственно Gnd A,B,C,D . Переключатели устанавливались в одинаковое положение. Импульсы создавались искусственным дребезгом контактов и внешним источником питания на соответствующее напряжение.

При сборке использовались оптроны 6N137, переключатели МПН-1, в делителях стоят резисторы смд0805, но поместятся и 1206.При впаивании шлейфа для подключения к анализатору частично изменена последовательность, но на плате все подписано.

Вместо переключателей МПН-1 можно использовать любые другие, правда при этом придется корректировать печатную плату или использовать провода. Автор - Дубовицкий Николай.