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基于MSO的混合信号系统测试与调试[图]

2018年01月18日 09:39 次阅读

嵌入式系统中,MCU和DSP的应用非常普遍,模拟信号和各种数字信号同时存在。传统上,工程师分别使用示波器和逻辑分析仪来进行测试和验证。但由于混合信号的复杂性,要实现对各种信号的同步触发非常困难。随着一种被称为混合信号示波器(MSO)的出现,工程师们发现嵌入式设计调试容易了很多。

MSO是一种把数字存储示波器(DSO)的所有测量能力与逻辑分析仪的某些测量能力整合到一起的混合测试仪器,并且让示波器和逻辑分析仪共享触发电路,以便让它们能同时触发,波形被同时显示和刷新。有了MSO,就能在同一显示器上看到如图1所示的在时间上对齐的多个模拟和数字波形,而且示波器通道和逻辑通道间的时延几乎可以忽略不计(《=30ps)。

11.jpg

图1:安捷伦6000系列混合信号示波器。

MSO 通常缺乏专用逻辑分析仪的复杂分析能力(如反汇编等)和大量的逻辑通道数;MSO的相对简单性也使得它们避免了专用逻辑分析仪的复杂操作。事实上,MSO 的主要优点之一正是它的使用模型。MSO的使用几乎和使用示波器没有任何区别,由于MSO 是高度集成的,它的使用要比使用两台独立的仪器方案容易得多。好的 MSO 应具备友好的用户界面,能提供快的波形更新率,仪器操作很像示波器而不是像逻辑分析仪。

嵌入式“chirp”设计

图 2 是SoluTIons Cubed 公司为一项嵌入式工业应用所开发的嵌入式“chirp”产品的方框图。该混合信号嵌入式产品的核心是MICroChip PIC18F452-I/PT微控制器,它执行内部16位的指令集。由于这种特殊的 MCU 有内部总线结构并包括嵌入式ADC,因此该混合信号器件及相应的外围电路是最适合利用MSO来进行设计和调试的对象。尽管了解这项特殊设计不一定与读者的特定设计应用有非常密切的联系,但我们仍将通过全面讲述该系统的工作,使读者了解MSO 如何用于这种类型的混合信号测量应用。

这项设计的最终目标是依据各种模拟、数字和串行 I/O 输入条件,产生各种长度、形状和幅度的“chirp”信号(该信号是包括特定周期数的RF脉冲模拟信号,在宇航∕国防和汽车应用中经常见到)。该MCU 同时检测如下三种模拟和数字输入,以确定需产生的输出chirp信号的模拟特性:

22.jpg

图2:依据模拟、数字和串行 I/O产生模拟“chirp”输出的混合信号嵌入式设计。

1. 利用 MCU 并行数字 I/O 端口之一来监测用户控制面板的状态,从而确定所产生的输出chirp信号的形状(正弦波、三角波或方波)。

2. 通过 MCU 上的一个 ADC的输入来监测加速度模拟输入传感器的输出电平,来确定所产生输出chirp信号的幅度。

3. 使用 MCU 上的专用 I2C 串行 I/O 端口,来监测串行 I2C 通信链路的状态,从而确定输出chirp信号中产生的脉冲数。这一 I2C通信输入信号从该嵌入式设计的另一智能子系统部件中产生。

根据模拟、数字和串行这三个输入状态,MCU 向外部 8位DAC连续输出并行信号,以产生各种幅度、形状和长度的模拟chirp信号。未经滤波的DAC输出阶梯信号,被送入一个模拟低通滤波器,在这里对信号进行平滑滤波并降低噪声。这一模拟滤波器也为该输出信号引入预先确定的相移量。最后,MCU 通过另外的数字 I/O 端口产生并行数字输出,来驱动显示系统状态信息的 LCD 显示器。

33.jpg

图3:MSO 捕获由 MCU 控制的 DAC的并行数字输入和模拟输出。

用 MSO 启用和调试嵌入式“chirp”设计

在这项应用设计中,设计∕编程 MCU 的第一步是为 MCU 的 I/O配置适当数量的模拟和数字I/O 端口。您要折衷平衡配置MicroChip公司的这种特殊微控制器中的模拟 I/O 端口和数字 I/O 端口的数量。

在尝试编码 MCU来监测各种输入和产生规定的最终要求的输出信号之前,我们决定首先产生启用该嵌入式设计某一部分∕某项功能的测试代码,在增加交互式的复杂性之前,先验证它的正确工作和信号完整性。所启用和调试的第一部分电路∕功能是外部的输出 DAC和模拟滤波器。为验证该电路和内部固件的工作是否正确,我们最初对MCU 编码,使其产生固定幅度的连续和重复的正弦波,而不考虑输入控制∕状态信号条件。

图 3 所示为MSO的屏幕图像,即用来捕获驱动外部 DAC 数字输入的该MCU数字 I/O端口的连续数字输出(下方的蓝色迹线)。此外我们还能看到在时间上对准的转换器阶梯波输出(上方的黄色迹线)和经模拟滤波的输出信号(中间的绿色迹线)。这些特定信号的输出电平较低,仅为 8位DAC(最大256级)的 4位 (16级电平),我们能容易地在示波器上观察该转换器的未经滤波的阶梯波输出特性。

44.jpg

图4:利用模拟和数字码型触发相结合,MSO在 50%交叉点触发。

当 DAC输出到达其最高输出电平(屏幕中央)时,我们把这一特定采集设置到触发状态。传统示波器在这种指定点的触发是不可能的,因为示波器触发需要沿的跳变 —— 示波器不能在具有一定范围的信号的“波顶”触发。为在输出信号的这一点∕相位处触发,我们设置了简单的单电平码型触发条件,该条件基于DAC的(MCU I/O 端口的输出)数字输入信号,而该信号与外部转换器最高输出模拟电平相一致。为在波形的某一精确点触发,我们送入“HHHL LHHL”的并行二进制码型进行触发。由于该 MSO 使用“有资格的”码型触发,示波器始终在规定码型的开始处触发,而绝不会在不稳定∕跳变处触发,因为示波器要求该逻辑电平至少稳定2ns,然后只有在送入稳定的码型时才会触发。注意对于某些混合信号测量解决方案∕选件,只要存在规定的码型触发条件时就能触发。这意味着它们有可能在码型的中间态,或在跳变∕切换状态进行触发。没有“有资格的”码型触发,其结果将会是不稳定的触发。

图 4 显示 MSO在DAC的 50% 输出电平处提供精确触发的一次触发建立情形。实现这样的触发,除了模拟触发条件外,我们还利用触发在并行数字输入信号上的触发码型。应记住并非所有 MSO∕混合信号测量解决方案都允许模拟和数字触发条件组合的混合信号触发。但对于相同电平(50%上升电平和 50% 下降电平)的两个模拟输出条件,与上升或下降点一致的触发要求的触发电平比8位输入码型中略大一点。通过另外限定模拟通道 2 上的电平到“低”电平,示波器就能使用模拟和数字码型触发的组合,在所需要的相位上触发(模拟信号在高于模拟触发电平时被视为“高电平”,在低于触发电平时被视为“低电平”)。

图 4 中也显示了自动参数测量,包括与DAC 阶梯波输出相关的、经滤波后的输出信号的幅度、频率和相移。

55.jpg

图5:传统示波器的边沿触发无法同步特定长度的chirp。

在启动和验证了外部 DAC 和模拟滤波电路正确运行后,该设计∕启动过程的下一步是根据串行 I2C 输入产生规定数量的非重复正弦波脉冲(chirp)。图 5 显示使用标准的示波器沿触发,所得到的不同长度chirp的重叠(无限余辉)。传统示波器的沿触发不可能实现对规定长度chirp的触发。

使用 MSO 的 I2C 触发能力,示波器就能同步特定串行输入条件下的捕获,用来指示 MCU 产生规定长度(脉冲数)的输出chirp,如图 6 和图 7 所示。

图 6 显示了MSO利用在特定的串行地址和数据内容上的I2C 触发来触发只有 3 个周期长的chirp信号的能力。而图 7则显示对长度仅有 1 周期的chirp的触发能力。数据通道 D14 和 D15(上方的两条蓝色数字迹线)分别被定义为 I2C 时钟和数据输入触发信号。实际上我们能规定16个数字通道中的任何一个以及2到4个模拟示波器通道连续触发在这2 个串行输入信号上。在监测串行输入和模拟输出信号时,D0-D7 被设置来检测DAC 输入(MCU 输出)信号(下方的 8 条蓝色迹线和读数字迹线),如图 6 和图 7 所示。

虽然图中没有显示,但我们可以根据用来确定输出信号幅度的输入模拟加速度传感器的其它模拟输入信号,把示波器的其它模拟通道设置到同步探测、采集并触发 MSO。此外,我们还能利用未使用的 MSO 数字通道,用以监测和∕或进一步实现对数控面板输入或 LCD 输出驱动器信号的高质量触发。

66.jpg

图6:用 MSO 中的 I2C 触发一个 3 周期长的chirp信号。图7:用 MSO 中的 I2C 触发仅有 1 周期长的chirp信号。

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基于信号处理和嵌入式应用的音频处理系统的设计和实...

FPGA和多DSP的高速视觉测量系统

随着检测节点的增多,视觉测量系统需要处理的数据量也不断增大,对视觉测量系统的测量速度提出了更高的要求...

发表于 2018-02-10 13:21 311次阅读
FPGA和多DSP的高速视觉测量系统

DSP技术应用让设备差异化浓缩

如果您的低端设备多出了500MHz的DSP MIPS,您将如何利用?我想开发者们往往会利用这些运算能...

发表于 2018-02-10 13:15 194次阅读
DSP技术应用让设备差异化浓缩

为汽车音频提供更大存储器的ADI最新DSP方案

与其他DSP器件相比,ADAU146x系列具有无与伦比的并行处理性能、灵活性和系统可扩展性。经济高效...

发表于 2018-02-10 09:36 253次阅读
为汽车音频提供更大存储器的ADI最新DSP方案

最佳化DSP设计加速自驾车发展

汽车的体系庞大,被视为物联网与AI应用的重要市场,就整体来看,汽车体系包括服务、自动驾驶、传感器、安...

发表于 2018-02-09 13:43 208次阅读
最佳化DSP设计加速自驾车发展

基于DSP芯片的音频信号滤波系统设计方案介绍

20世纪60年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。在过...

发表于 2018-02-09 09:58 289次阅读
基于DSP芯片的音频信号滤波系统设计方案介绍

基于DSP TMS320F2812的危化品实时监...

基于DSP的危险气体泄漏监测报警系统由从机与主机构成,如图2所示。从机以TI公司的DSP芯片TMS3...

发表于 2018-02-09 05:10 261次阅读
基于DSP TMS320F2812的危化品实时监...

基于FPGA/DSP技术的飞机总线系统通讯软件设...

目前,随着工艺和技术的进步,集成电路技术的发展已经使得在一个芯片上集成一个可编程系统(Program...

发表于 2018-02-08 15:02 254次阅读
基于FPGA/DSP技术的飞机总线系统通讯软件设...

多核DSP成为通信基础设施应用趋势

随着语音、视频和数据“三合一”服务成为业界潮流,下一代有线和无线基础设施对DSP的处理能力要求越来越...

发表于 2018-02-08 14:09 197次阅读
多核DSP成为通信基础设施应用趋势

DSP在射频识别系统中的应用

以TMS320为代表的数字信号处理(DSP)芯片自80年代由TI公司推出以来,已提供了不同系列, 各...

发表于 2018-02-08 10:33 111次阅读
DSP在射频识别系统中的应用

DSP技术在汽车定位防盗系统的应用及体系结构研究

随着人们生活水平的提高,汽车已逐步进入家庭,对汽车防盗的要求越来越高。尽管市场上的汽车防盗器正逐步改...

发表于 2018-02-08 08:51 300次阅读
DSP技术在汽车定位防盗系统的应用及体系结构研究

先进DSP技术在助听器中的应用

很少有应用比现代助听器面临更多的技术限制。在这里,在较小的设计内提高性能水平和降低功耗的需求大于消费...

发表于 2018-02-08 08:48 245次阅读
先进DSP技术在助听器中的应用

多轴电机控制设计【DSP解决方案与FPGA电机控...

现代传动系统要集成控制回路精度、扩展性、网络通信、外设控制、数据和设计安全、功能安全和可靠性等特性,...

发表于 2018-02-07 16:37 219次阅读
多轴电机控制设计【DSP解决方案与FPGA电机控...

了解一些基础的、用来处理数据的集成电路芯片

可是,这么多芯片,按照功能分类,有专门用于计算的、有专门用于控制的、有专门用于存储的……按照集成电路...

发表于 2018-02-07 12:52 1591次阅读
了解一些基础的、用来处理数据的集成电路芯片

DSP平台在语音数字化设计中的应用

基于DSP平台的语音数字化设计以DSP为核心处理器,采用硬件软件相结合的技术,具有话音采集,数字化压...

发表于 2018-02-06 17:15 159次阅读
DSP平台在语音数字化设计中的应用

基于OMAP3730的低成本高清屏媒系统【DSP...

设计并实现了一种基于OMAP3730的低成本高清屏媒系统,能够充分发挥可编程C64+DSP的强大计算...

发表于 2018-02-06 17:13 222次阅读
基于OMAP3730的低成本高清屏媒系统【DSP...

基于ARM Cortex-M4核的低功耗MCU-...

NXP公司的LPCXpresso54628是基于ARM Cortex-M4核的低功耗MCU,具有丰富...

发表于 2018-02-06 16:23 378次阅读
基于ARM Cortex-M4核的低功耗MCU-...

基于以太网BOOTP协议的DSP程序加载技术

为了解决工业远程控制设备的软件更新带来的成本和效率问题,在研究了以TMS320C6670为核心的DS...

发表于 2018-02-06 16:16 207次阅读
基于以太网BOOTP协议的DSP程序加载技术

新款TI C2000™ Piccolo™微控制器...

德州仪器(TI)近日推出C2000™ Piccolo™微控制器(MCU)产品组合的最新产品。新型C2...

发表于 2018-02-06 09:27 1938次阅读
新款TI C2000™ Piccolo™微控制器...

使用电池供电的传感器 通过无线网络与物联网通信来...

物联网(IoT)正在将现实世界里的“模拟”事件转换成网络的行动和反应,连在网络中的物联网节点能够监测...

发表于 2018-02-06 09:10 2038次阅读
使用电池供电的传感器 通过无线网络与物联网通信来...

DSP的电子负载中硬件和软件功能的分配和协调

控制模块:该模块由TMSF2812来实现,通过计算机接收用户的指令,生成所需的电压电流信号,驱动信号...

发表于 2018-02-05 20:46 100次阅读
DSP的电子负载中硬件和软件功能的分配和协调

数字音频处理器(DSP)的主要作用

数字音频处理器(DSP)就是为了解决这些林林总总的问题。在这个设备刚研发出来的时候,DSP是单独的一...

发表于 2018-02-05 20:41 386次阅读
数字音频处理器(DSP)的主要作用

GPU/FPGA脱颖而出,CPU/DSP还有哪些...

2017年12月,IBM推出首个为AI而生的服务器CPU POWER9,旨在为数据密集型人工智能工作...

发表于 2018-02-05 20:36 249次阅读
GPU/FPGA脱颖而出,CPU/DSP还有哪些...

数字信号处理选型和介绍

本文开始对数字信号处理和数字信号处理的选型进行了介绍,其次介绍了数字信号处理芯片的选型参数,最后介绍...

发表于 2018-02-05 14:02 553次阅读
数字信号处理选型和介绍

介绍通过IAP的在线升级方法

在电子产品出厂前,可以通过离线烧录器,烧录夹具,或者用在线烧录器通过预留的烧录接口轻松将应用代码下载...

发表于 2018-02-05 14:02 1476次阅读
介绍通过IAP的在线升级方法

基于KeyStone器件特性的鲁棒性系统设计及例...

对于复杂的系统,鲁棒性是非常重要的。为了协助客户建立鲁棒性系统,KeyStone器件提供了多种硬件保...

发表于 2018-02-04 22:24 73次阅读
基于KeyStone器件特性的鲁棒性系统设计及例...

基于实时DSP系统的烧写及程序自动加载方案设计及...

TMS320C6701(以下简称C6701)是一款浮点运算DSP,适用于需要大量运算且实时性要求高的...

发表于 2018-02-04 20:59 110次阅读
基于实时DSP系统的烧写及程序自动加载方案设计及...

世强与进芯电子达成代理协议 进一步扩充产品线

世强作为中国本土最知名的元件分销商,进芯电子专注数字信号处理芯片研发。据报道,世强宣布与进芯电子达成...

发表于 2018-02-03 10:57 184次阅读
世强与进芯电子达成代理协议 进一步扩充产品线

基于DSP的数字示波器GUI开发与软件设计流程

RIGOL DS1000系列数字示波器采用的是320×234分辨率的TFT液晶显示器,通过液晶的驱动...

发表于 2018-02-02 15:07 814次阅读
基于DSP的数字示波器GUI开发与软件设计流程

剖析DSP编程优化的7个方法

方法一 把浮点运算改成定点运算 因为C6x DSP板并不支持浮点运算,但我们的原始程序代码是浮...

发表于 2018-02-02 14:56 589次阅读
剖析DSP编程优化的7个方法

电量测量装置的高精度校验实现方案

本文叙述在进行电量测量装置的高精度校验中,采用数字信号处理器TMS320F206及其与工业控制PC机...

发表于 2018-02-02 05:56 89次阅读
电量测量装置的高精度校验实现方案

PIC32MZ系列MCU的定时器测试学习教程

前面说过TC1使用的是外部32K的时钟源,因为这个晶振没有焊接,无法测试,所以我们这里选择的测试时钟...

发表于 2018-02-01 03:33 924次阅读
PIC32MZ系列MCU的定时器测试学习教程

MCU的基础--时钟系统学习教程

时钟系统是一颗MCU的基础,MCU的一个重要考核指标。PIC32MZ EF系列采用MIPS32® M...

发表于 2018-02-01 03:23 186次阅读
MCU的基础--时钟系统学习教程

传感器从过去对于低功耗的需求转变成对于准确度的更...

从近期开始,传感器从过去对于低功耗的需求,转而变成对于准确度的更高要求。 而对于准确度来说,所要求的...

发表于 2018-01-31 16:06 1872次阅读
传感器从过去对于低功耗的需求转变成对于准确度的更...