最詳細(xì)的UART通訊協(xié)議分析在這里

1. 協(xié)議基礎(chǔ)

1.1. 協(xié)議簡(jiǎn)介

UART是“Universal Asynchronous Receiver/Transmitter”，通用異步收發(fā)器的縮寫。在19世紀(jì)60年代，為了解決計(jì)算機(jī)和電傳打字機(jī)通信，Bell發(fā)明了 UART協(xié)議，將并行輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成串行輸出信號(hào)。因?yàn)閁ART簡(jiǎn)單實(shí)用的特性，其已經(jīng)成為一種使用非常廣泛的通訊協(xié)議。我們?nèi)粘＝佑|到的串口，RS232，RS485等總線，內(nèi)部使用的基本都是 UART協(xié)議 。

為了更好的理解和分析協(xié)議與總線的關(guān)系，我們通常把一個(gè)完整的通訊規(guī)范劃分成物理層，協(xié)議層以及應(yīng)用層。物理層只定義真實(shí)的信號(hào)特性（比如電壓，電流，驅(qū)動(dòng)能力等），以及電信號(hào)與邏輯信號(hào)0和1的對(duì)應(yīng)關(guān)系；協(xié)議層不關(guān)心底層的0和1具體怎么實(shí)現(xiàn)，只規(guī)定邏輯信號(hào)的協(xié)議規(guī)范以及通訊過(guò)程（例如起始，數(shù)據(jù)以及結(jié)束等）；應(yīng)用層不關(guān)心數(shù)據(jù)是怎么獲取的，只定義數(shù)據(jù)表示的意義，以及如何實(shí)現(xiàn)具體的業(yè)務(wù)邏輯。

圖 1?1 通訊協(xié)議的分層實(shí)現(xiàn)

最簡(jiǎn)單的UART協(xié)議應(yīng)用，通常物理層只需要兩根傳輸線，一根用于發(fā)送，一根用于接收，從而實(shí)現(xiàn)全雙工通訊。對(duì)于單向傳輸，也可以只使用一根傳輸線。此類應(yīng)用最典型的實(shí)例就是單片機(jī)的RX/TX端口互相連接，從而實(shí)現(xiàn)基于TTL電平的UART通訊。對(duì)于不同的傳輸距離以及可靠性的要求，替換不同的物理層實(shí)現(xiàn)既可以得到我們常見的RS232、RS485等通訊總線。

1.2. 不同的物理層實(shí)現(xiàn)

由于UART協(xié)議層的輸入是邏輯0/1信號(hào)，而邏輯0/1信號(hào)在物理層可以通過(guò)不同的電平標(biāo)準(zhǔn)來(lái)區(qū)分。針對(duì)不同的通訊需求，便可以使用不同的物理層實(shí)現(xiàn)。例如簡(jiǎn)單的板內(nèi)通訊，或者常見的設(shè)備調(diào)試場(chǎng)景，使用簡(jiǎn)單的LVTTL/TTL電平即可在兩個(gè)設(shè)備間進(jìn)行UART協(xié)議通訊。

圖 1?2 不同的物理層電平標(biāo)準(zhǔn)

通用的串口則使用的是RS232電平，可以增加傳輸距離，并且抵抗一定程度的信號(hào)干擾。付出的成本則是在物理層需要對(duì)應(yīng)的電平轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，發(fā)送端需要將內(nèi)部的高低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓更高的+/-電壓信號(hào)，接收端需要將+/-電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的高低電平信號(hào)。

在工業(yè)通訊的場(chǎng)景下，為了進(jìn)一步提高傳輸距離，以及增強(qiáng)信號(hào)的可靠性，一般會(huì)采用RS485的電平標(biāo)準(zhǔn)。在發(fā)送端將普通的高低電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成一對(duì)差分信號(hào)，在接收端將差分信號(hào)再轉(zhuǎn)換成普通的高低電平信號(hào)。另外，RS485允許總線上連接多達(dá)128收發(fā)器，而TTL或者RS232則是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接。

1.2.1.基于TTL的UART通訊

基于TTL的UART通訊，是UART協(xié)議應(yīng)用最簡(jiǎn)單的使用場(chǎng)景。即直接把數(shù)字I/O輸出的高低電平作為實(shí)際的物理信號(hào)進(jìn)行傳輸。在物理連接上，只需要設(shè)備共地，通過(guò)一根信號(hào)線即可完成單向的設(shè)備通訊。如果需要雙向全雙工，使用兩根信號(hào)線即可。

圖 1?3 基于TTL的UART通訊

為了對(duì)比不同物理層實(shí)現(xiàn)的差別，我們可以觀察發(fā)送相同數(shù)據(jù)時(shí)，不同物理層的實(shí)際信號(hào)有何不同。這里以發(fā)送字符‘D‘為例，通過(guò)璞石示波器，直接觀察TTL實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)男盘?hào)（探頭接地端連接設(shè)備共地端，探頭信號(hào)端連接上圖藍(lán)色信號(hào)線），可以獲得如圖1?4所示的信號(hào)波形。從波形可以看出，當(dāng)沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，UART信號(hào)會(huì)一直保持在高電平（具體信號(hào)幅度由I/O的供電電壓決定），數(shù)據(jù)傳輸時(shí)信號(hào)發(fā)生跳變，傳輸完成后信號(hào)重新回到空閑的高電平狀態(tài)。

圖 1?4 TTL的UART信號(hào)波形

1.2.2.基于RS232的UART通訊

為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，以增加傳輸距離和可靠性，RS232總線采用了雙極性電壓信號(hào)來(lái)進(jìn)行物理傳輸。信號(hào)在發(fā)送/接收之前，通過(guò)電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)內(nèi)部信號(hào)和總線信號(hào)的互相轉(zhuǎn)換。連接方式和TTL電平完全相同，整個(gè)物理層只是多了一層電平轉(zhuǎn)換。

圖 1?5 基于RS232的UART通訊

同樣以發(fā)送字符‘D‘為例，璞石示波器的探頭連接到信號(hào)端，可以采集到如圖1?6所示的實(shí)際波形?？梢钥闯?，RS232波形在空閑時(shí)為負(fù)電壓，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，信號(hào)開始在正負(fù)電壓之間跳變，傳輸完成后重新回到空閑的負(fù)電壓狀態(tài)。

圖 1?6 RS232的UART波形

1.2.3.基于RS485的UART通訊

RS485為復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)，和其它UART協(xié)議的物理層相比，RS485總線最大的特點(diǎn)就是使用了差分信號(hào)傳輸。信號(hào)在發(fā)送之前，通過(guò)RS485的收發(fā)器把單端信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)，再發(fā)送到總線上進(jìn)行傳輸；同樣在接收之前，總線上的差分信號(hào)通過(guò)收發(fā)器的轉(zhuǎn)換變成單端信號(hào)再送給UART控制器進(jìn)行接收。在RS485總線上，如果希望進(jìn)行全雙工的雙向通訊，需要兩對(duì)差分信號(hào)線（即4根信號(hào)線）。如果只進(jìn)行半雙工的雙向通訊，則僅需要一對(duì)差分信號(hào)即可。

圖 1?7 基于RS485的UART通訊

還是以發(fā)送字符‘D‘為例，使用璞石示波器2個(gè)通道的探頭（共參考地），分別連接到其中一對(duì)差分信號(hào)的A/B端，可以采集到如圖1?8所示的實(shí)際波形?？梢钥闯觯珹/B端的波形為互補(bǔ)關(guān)系。A端波形為正向邏輯（空閑時(shí)為正電壓），B端波形為反向邏輯（空閑時(shí)為負(fù)電壓）。

圖 1?8 RS485的UART波形

2. 協(xié)議規(guī)范

2.1. UART幀結(jié)構(gòu)

在上一節(jié)的介紹中，我們通過(guò)璞石示波器觀察了實(shí)際的UART波形，那么這個(gè)波形到底是怎么被準(zhǔn)確的識(shí)別成字符‘D‘，而不是其它內(nèi)容的呢？這就涉及到UART協(xié)議幀結(jié)構(gòu)的定義。如圖2?1所示：

圖 2?1 UART協(xié)議幀結(jié)構(gòu)

當(dāng)兩個(gè)設(shè)備需要通過(guò)UART協(xié)議進(jìn)行通訊時(shí)，它們需要同時(shí)約定好以下內(nèi)容：

每一位信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度T（波特率= 1/T）

幀結(jié)構(gòu)中每一項(xiàng)的具體位數(shù)

是否有校驗(yàn)位，以及校驗(yàn)位的機(jī)制（奇/偶/..）

有了這些約定，接收設(shè)備只需要等待起始位的到來(lái)，再對(duì)之后的波形進(jìn)行固定間隔的采樣即可獲得傳輸?shù)木唧w信息。以字符‘D‘的波形為例，其解析過(guò)程如圖2?2所示：

圖 2?2 UART波形分析

2.1.1. 波特率

波特率是UART協(xié)議，或者說(shuō)所有異步串行協(xié)議，非常重要的一個(gè)概念，即單位時(shí)間內(nèi)（1秒）可表示的bit位個(gè)數(shù)，或者也可以表述為bit位寬的倒數(shù)。例如一個(gè)波特率為115200的UART波形表示1秒可容納115200個(gè)bit位，也就是說(shuō)每一位bit數(shù)據(jù)占大約8.68uS的時(shí)長(zhǎng)。

圖 2?3 波特率的定義

UART等異步串行協(xié)議，為了簡(jiǎn)化信號(hào)物理連接，降低通訊成本，一般只有一根信號(hào)線，無(wú)法同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)和時(shí)鐘信號(hào)。收/發(fā)設(shè)備為了正確解析波形就需要在相同的波特率設(shè)置下。而相同的波形使用不同的波特率獲取的信息可能會(huì)完全不同。對(duì)于接收設(shè)備來(lái)講，只有起始位可以作為一幀數(shù)據(jù)的同步點(diǎn)，其它數(shù)據(jù)都是通過(guò)波特率來(lái)確定具體的取樣位置。

還是以字符‘D’的波形為例，如圖2?4所示，如果用錯(cuò)誤的波特率接收，就可能會(huì)得到完全錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)信息。

圖 2?4 波特率錯(cuò)誤

2.1.2.空閑位

設(shè)備之間不傳輸數(shù)據(jù)時(shí)以持續(xù)的高電平表示空閑?？臻e位持續(xù)時(shí)間越長(zhǎng)，兩個(gè)數(shù)據(jù)幀間隔也越長(zhǎng)，單位時(shí)間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就越少。

圖 2?5 空閑位

2.1.3.起始位

UART接收端會(huì)一直檢測(cè)信號(hào)線上的電平變化，開始傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，發(fā)送端將信號(hào)線從高電平拉到低電平結(jié)束空閑狀態(tài)，并保持一個(gè)bit位的時(shí)長(zhǎng)。接收器檢測(cè)到高低電平轉(zhuǎn)換時(shí)，開始接收信號(hào)。

圖 2?6 起始位

2.1.4.數(shù)據(jù)位

數(shù)據(jù)位包含傳輸?shù)膶?shí)際數(shù)據(jù)，如果使用了奇偶校驗(yàn)，那么數(shù)據(jù)位長(zhǎng)為5~8 bits，如果沒(méi)有使用奇偶校驗(yàn)，則位長(zhǎng)為5~9 bits。在一般情況下，數(shù)據(jù)位為8 bits，數(shù)據(jù)首先從最低有效位開始發(fā)送，高位在后。

圖 2?7 數(shù)據(jù)位

2.1.5.校驗(yàn)位

校驗(yàn)位可以用來(lái)提高傳輸?shù)目煽啃?。如果信?hào)在傳輸過(guò)程中因?yàn)楦蓴_而導(dǎo)致某些位置的電平產(chǎn)生錯(cuò)誤，通過(guò)計(jì)算接收的數(shù)據(jù)和校驗(yàn)位是否匹配即可判斷數(shù)據(jù)是否有傳輸錯(cuò)誤，從而給應(yīng)用層提供有效信息來(lái)決定接受/丟棄對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)。

圖 2?8 校驗(yàn)位

2.1.6.停止位

停止位表示一幀數(shù)據(jù)的結(jié)束，實(shí)際信號(hào)是一段時(shí)間的高電平。停止位的時(shí)間長(zhǎng)短可以設(shè)置為1、1.5或者2bits的停止位。大部分情況使用1bit的停止位。

因?yàn)閁ART是一個(gè)異步協(xié)議，每一幀的開頭可以用跳變沿來(lái)同步，但是停止位只能通過(guò)波特率來(lái)計(jì)算相對(duì)位置，如果在停止位的位置識(shí)別到一個(gè)低電平，則會(huì)產(chǎn)生幀錯(cuò)誤。在通訊過(guò)程中，為了減少波特率的誤差導(dǎo)致的問(wèn)題，可以設(shè)置不同的停止位長(zhǎng)度來(lái)適配。

圖 2?9 停止位

3. 使用邏輯分析儀分析UART通訊

3.1. 示波器vs邏輯分析儀

示波器作為主要的通用測(cè)試測(cè)量?jī)x器，在觀察模擬信號(hào)的細(xì)節(jié)方面有著天然的優(yōu)勢(shì)。比如說(shuō)實(shí)時(shí)運(yùn)行，配合高波形刷新率，可以方便的觀察到突發(fā)的異常信號(hào)；再比如進(jìn)行噪聲評(píng)估以及信號(hào)質(zhì)量?jī)?yōu)化時(shí)，示波器可以很好的對(duì)比同一條總線上，不同節(jié)點(diǎn)上信號(hào)的異同，從而找出隱藏的信號(hào)完整性問(wèn)題。

但是示波器亦天然有著一些不方便的地方，除去通道少，屏幕普遍偏小，操作沒(méi)有電腦+鼠標(biāo)的方式靈活可控這些形態(tài)上的問(wèn)題，針對(duì)數(shù)字信號(hào)的采集和分析，示波器最大的問(wèn)題就是存儲(chǔ)深度太小。一臺(tái)幾十萬(wàn)元的示波器存儲(chǔ)深度也可能只有幾百M(fèi)pts。同時(shí)，因?yàn)榇鎯?chǔ)深度的限制，當(dāng)需要做稍微長(zhǎng)一點(diǎn)時(shí)間的采集時(shí)，示波器的真實(shí)采樣率就會(huì)劇烈的下降，導(dǎo)致采集到的波形無(wú)法還原真實(shí)的信號(hào)，失去了分析的意義。

圖 3?1 璞石示波器分析UART信號(hào)

圖 3?2 DSLogic分析UART信號(hào)

邏輯分析儀是只針對(duì)數(shù)字信號(hào)采集和分析而專門設(shè)計(jì)的測(cè)試測(cè)量儀器，其采集出來(lái)的波形結(jié)果只有高低電平兩個(gè)狀態(tài)（也就是邏輯上的0和1）。但是卻很好的彌補(bǔ)了示波器在采集和分析數(shù)字信號(hào)上的不足。

1.大部分邏輯分析儀都是在PC上操作，借助桌面處理器的強(qiáng)大性能，以及成熟操作系統(tǒng)的交互體驗(yàn)，極大了提升了數(shù)字信號(hào)分析的便捷性和效率。

2.邏輯分析儀通道數(shù)多，入門級(jí)別的DSLogic邏輯分析儀就有16個(gè)通道可以同時(shí)采集，用戶也可以以非常合理的成本獲取擁有幾十個(gè)，甚至上百個(gè)通道的邏輯分析儀產(chǎn)品。

3.邏輯分析儀的存儲(chǔ)深度更大，比如DSLogic在stream模式下可以達(dá)到16G的存儲(chǔ)深度，并且同時(shí)保持相當(dāng)高的采樣率，遠(yuǎn)超絕大多數(shù)示波器的采集能力。

4.邏輯分析儀普遍提供豐富的協(xié)議解碼功能，可以對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行深入的分析。例如DSLogic目前支持的解碼協(xié)議就多達(dá)100多種。大部分示波器的解碼能力有限，而且大多需要單獨(dú)購(gòu)買相應(yīng)的插件。

我們接下來(lái)將重點(diǎn)介紹如何使用邏輯分析儀進(jìn)行各種情形下UART信號(hào)的采集和分析。

3.2. 建立邏輯分析儀的測(cè)試環(huán)境

3.2.1.DSLogic的連接

DSLogic是一款基于USB連接的便攜式邏輯分析儀。DSLogic主機(jī)負(fù)責(zé)信號(hào)采集和緩存，然后通過(guò)USB把數(shù)據(jù)傳輸給PC上的上位機(jī)軟件DSView。DSView負(fù)責(zé)波形數(shù)據(jù)處理，顯示，分析，以及對(duì)應(yīng)的人機(jī)交互功能。

圖 3?3 連接DSLogic到PC

使用時(shí)，只需要將DSLogic主機(jī)通過(guò)USB數(shù)據(jù)線直接連接到PC主板上的USB端口，打開DSView軟件，并確認(rèn)DSLogic主機(jī)上的指示燈變?yōu)槌＞G狀態(tài)。此時(shí)便完成了邏輯分析儀的連接和初始化工作。如圖3?4所示，在DSView軟件上可以觀察到左上角的當(dāng)前設(shè)備名稱，以及對(duì)應(yīng)的連接狀態(tài)。

圖 3?4 DSLogic連接狀態(tài)

3.2.2.UART信號(hào)連接

對(duì)于所有的測(cè)量來(lái)講，測(cè)試設(shè)備和被測(cè)信號(hào)必須基于一個(gè)共同的參考平面，也就是通常我們所說(shuō)的接地，這樣被測(cè)信號(hào)才能被正確采集和測(cè)量。在某些情況下，會(huì)遇到?jīng)]有做顯性的接地，但是測(cè)量結(jié)果貌似沒(méi)有問(wèn)題的情景，這是因?yàn)闇y(cè)量設(shè)備與被測(cè)信號(hào)通過(guò)其它的方式進(jìn)行了共地連接，比如使用的同一個(gè)電源供電，或者參考地同時(shí)接入了市電的接地端等等。但是在進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)量時(shí)，測(cè)量設(shè)備應(yīng)根據(jù)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行就近接地處理。被測(cè)信號(hào)到測(cè)量設(shè)備的信號(hào)接地端環(huán)路面積越大，信號(hào)就越容易被干擾，從而產(chǎn)生測(cè)量誤差甚至測(cè)量錯(cuò)誤。

針對(duì)UART信號(hào)來(lái)講，接入邏輯分析儀時(shí)，最簡(jiǎn)單的情況只需要連接2根線，一根接參考地，一根接被測(cè)信號(hào)即可。針對(duì)我們之前提到的UART協(xié)議的不同物理層實(shí)現(xiàn)，信號(hào)連接的方式會(huì)稍有不同。

例如對(duì)于TTL電平的UART信號(hào)，除了連接參考地之外，只需要連接需要測(cè)試的信號(hào)（TX或者RX）分別接入邏輯分析儀對(duì)應(yīng)的通道輸入即可。

圖 3?5 TTL信號(hào)與邏輯分析儀連接

對(duì)于RS232總線信號(hào)，我們既可以直接測(cè)量電平轉(zhuǎn)換之后的總線信號(hào)（DSLogic在排線輸入端的耐壓范圍為+-30V，RS232的+-15V的信號(hào)范圍可以直接接入），也可以測(cè)量電平轉(zhuǎn)換之前的內(nèi)部數(shù)字信號(hào)。其接線的方式和TTL信號(hào)一致，唯一需要注意的是RS232信號(hào)對(duì)電平進(jìn)行了翻轉(zhuǎn)（空閑時(shí)為負(fù)電壓，即低電平），在進(jìn)行UART協(xié)議解碼時(shí)，我們可以在DSView的解碼設(shè)置窗口進(jìn)行對(duì)應(yīng)的信號(hào)電平翻轉(zhuǎn)（Invert Signal選項(xiàng)設(shè)置為yes）。

圖 3?6 RS232信號(hào)與邏輯分析儀連接

RS485總線使用的是差分信號(hào)，當(dāng)我們用邏輯分析儀進(jìn)行信號(hào)采集時(shí)，需要特別注意被測(cè)信號(hào)的連接方式。首先，邏輯分析儀的參考地需要連接到對(duì)應(yīng)的被測(cè)設(shè)備RS485收發(fā)器的參考地，這樣才可以保證邏輯分析儀有正確的電平參考平面；其次，對(duì)于差分信號(hào)，邏輯分析儀只需要采集到與內(nèi)部信號(hào)同極性的高低電平即可。從數(shù)字信號(hào)的角度來(lái)講，差分的方式只是提高信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?，不增加額外的信息量。如圖3?7所示，使用邏輯分析儀測(cè)試485總線信號(hào)時(shí)，連接對(duì)應(yīng)設(shè)備收發(fā)器的參考地，以及差分總線上的的A+信號(hào)即可。

當(dāng)然，如果只能采集到B-信號(hào)，我們也可以在DSView進(jìn)行解碼時(shí)，設(shè)置UART解碼器進(jìn)行信號(hào)翻轉(zhuǎn)的方式來(lái)得到正確的協(xié)議解析結(jié)果。

圖 3?7 RS485總線與邏輯分析儀連接

3.2.3.閾值設(shè)置

邏輯分析儀的閾值為高低電平的判決電壓，也就是說(shuō)當(dāng)輸入信號(hào)電壓高于閾值電壓時(shí)，采集到的便是高電平；當(dāng)輸入信號(hào)電壓低于閾值電壓時(shí)，采集到的便是低電平。

針對(duì)UART協(xié)議，我們之前已經(jīng)介紹了其有不同的物理層實(shí)現(xiàn)，不同的物理層實(shí)現(xiàn)有不同的電平標(biāo)準(zhǔn)。我們只需要選擇一個(gè)對(duì)應(yīng)的閾值可以區(qū)分不同情況下的高低電平即可。如圖3?8所示的閾值基本可以滿足這個(gè)要求。

圖 3?8 UART信號(hào)的閾值設(shè)置

在某些情況下，因?yàn)榕渲没蛘哒{(diào)試的需要，RS485總線的差分信號(hào)幅度可能在比較大的范圍變動(dòng)。因?yàn)镽S485的規(guī)范規(guī)定只要A-B之間的差分電壓大于200mV既可以認(rèn)為是高電平。此時(shí)我們可以借助璞石示波器，觀察實(shí)際的信號(hào)電平幅度，再來(lái)決定合適的閾值設(shè)置。只需要確保設(shè)置的閾值電壓可以合理的分辨出高低電平即可。

3.3. 簡(jiǎn)單的UART信號(hào)采集

絕大部分UART信號(hào)都是低速信號(hào)，例如最常用的波特率115200，表示信號(hào)頻率只有115.2KHz。使用DSLogic的默認(rèn)設(shè)置即可直接采集到此類信號(hào)。此處以主機(jī)固定1s間隔，重復(fù)發(fā)送字符‘D‘為例，介紹如何使用邏輯分析儀采集和分析此類UART信號(hào)。

3.3.1. 信號(hào)采集

在準(zhǔn)備好硬件和信號(hào)連接之后，直接點(diǎn)擊DSView軟件的“開始“按鈕，就可以以默認(rèn)設(shè)置（1MHz采樣率采集1s時(shí)長(zhǎng)）采集被測(cè)信號(hào)。如果希望修改采樣率和采集時(shí)長(zhǎng)，直接在對(duì)應(yīng)下拉框中選擇對(duì)應(yīng)的參數(shù)即可。采樣率的設(shè)置原則推薦為被測(cè)信號(hào)最高頻率的10倍或以上，例如對(duì)于115200波特率的UART信號(hào)，最快的信號(hào)頻率為115.2KHz，當(dāng)選擇1M采樣率時(shí)，每bit信號(hào)會(huì)有8或者9個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的相位誤差為+-1/8（12.5%）；當(dāng)選擇10M采樣率時(shí)，每bit信號(hào)會(huì)有86或者87個(gè)采樣點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的相位誤差為+-1/86（1.16%）。當(dāng)然一般情況下也不推薦使用過(guò)高的采樣率，因?yàn)椴蓸勇试礁吣懿杉臅r(shí)長(zhǎng)就越短，另外采樣率過(guò)高可能采集到慢速信號(hào)單個(gè)跳變沿的多次跳變，從而給協(xié)議解碼帶來(lái)困擾。圖3?9便是使用默認(rèn)設(shè)置采集得到的信號(hào)波形。

圖 3?9 默認(rèn)采集

從圖3?9可以看出，通道0采集到持續(xù)為高電平的信號(hào)，但是并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有任何跳變。仔細(xì)觀察波形窗口上面的時(shí)間標(biāo)尺以及窗口底部的滾動(dòng)條，可以得知當(dāng)前窗口顯示的只是采集到的部分波形，不是全部信號(hào)。此時(shí)可以通過(guò)鼠標(biāo)滾輪縮放，或者在波形區(qū)域右鍵雙擊的方式顯示整個(gè)采集時(shí)長(zhǎng)的所有波形。得到如圖3?10所示的結(jié)果。

圖 3?10 顯示整個(gè)采集窗口

在上圖的基礎(chǔ)上，我們希望只觀察通道0的跳變部分。可以在“選項(xiàng)”窗口關(guān)閉其它通道的波形顯示，調(diào)節(jié)通道信號(hào)的顯示高度。然后將鼠標(biāo)指向目標(biāo)波形，并同時(shí)通過(guò)鼠標(biāo)滾輪放大所指位置的波形；或者可以通過(guò)按住鼠標(biāo)右鍵框選希望放大的波形區(qū)域。另外，按住鼠標(biāo)左鍵可以對(duì)波形進(jìn)行左右移動(dòng)。得到如圖3?11所示的波形細(xì)節(jié)。

圖 3?11 觀察波形細(xì)節(jié)

在觀察波形時(shí)，把鼠標(biāo)放到脈沖波形上既可以顯示當(dāng)前信號(hào)的脈沖寬度，周期，頻率以及占空比等信息。同時(shí)，也可以通過(guò)鼠標(biāo)雙擊左鍵的方式添加光標(biāo)，移動(dòng)光標(biāo)時(shí)會(huì)自動(dòng)吸附到靠近的跳變沿。

3.3.2.UART解碼

邏輯分析儀采集到的信號(hào)波形只有高低電平（0/1）在時(shí)間上的變化，這不利于我們對(duì)信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程和內(nèi)容進(jìn)行有針對(duì)性的分析。雖然我們可以根據(jù)協(xié)議規(guī)范，用肉眼來(lái)翻譯波形對(duì)應(yīng)的協(xié)議內(nèi)容，但是將大大降低分析的效率。DSView自帶的解碼器可以提供豐富的協(xié)議解碼內(nèi)容，使得枯燥的波形變成有意義的字符，標(biāo)記以及數(shù)據(jù)內(nèi)容。極大的方便了工程師對(duì)信號(hào)的分析和理解，從而找出錯(cuò)誤信息或者關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

在DSView軟件里對(duì)已經(jīng)采集到的波形進(jìn)行協(xié)議解碼非常簡(jiǎn)單，只需要打開“解碼”面板，搜索到對(duì)應(yīng)的解碼器（這里我們選擇1:UART協(xié)議），設(shè)置對(duì)應(yīng)解碼器的選項(xiàng)（包括顯示/通道/幀結(jié)構(gòu)/格式等），確定之后軟件就會(huì)開始對(duì)選定通道進(jìn)行UART的協(xié)議解碼。并在協(xié)議通道顯示解碼的結(jié)果。如圖3?12所示。

圖 3?12 添加UART解碼

在選擇解碼器時(shí)，DSView提供便捷的協(xié)議搜索功能，只需要在協(xié)議搜索框輸入關(guān)鍵字符，DSView便會(huì)列出所有包含這些字符的解碼器，用戶在其中選擇正確的解碼器即可。如圖3?13所示和UART相關(guān)的有兩個(gè)協(xié)議0:UART和1:UART，其中0:UART是一個(gè)簡(jiǎn)化的解碼器，其不進(jìn)行bits信息的解析，也不支持高層協(xié)議的堆疊，當(dāng)我們只想獲取波形對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)時(shí)，可以使用此簡(jiǎn)化協(xié)議來(lái)減少解碼的時(shí)間和占用的內(nèi)存資源。

圖 3?13 協(xié)議搜索

解碼器的設(shè)置窗口有很多和解碼相關(guān)的設(shè)置選項(xiàng)，不同協(xié)議的設(shè)置窗口內(nèi)容也會(huì)不同。其中有一些所有解碼器都必須設(shè)置的選項(xiàng)，比如通道和協(xié)議信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。此處我們使用的是通道0抓取的UART信號(hào)，那么對(duì)應(yīng)的需要解碼的通道就應(yīng)該設(shè)置成通道0。

和協(xié)議相關(guān)的設(shè)置選項(xiàng)我們?cè)趲Y(jié)構(gòu)的部分都有詳細(xì)講解，在實(shí)際操作種也可以通過(guò)串口的上位機(jī)軟件（串口調(diào)試助手等）來(lái)獲取這些信息。如圖3?14所示。

圖 3?14 協(xié)議相關(guān)的選項(xiàng)

對(duì)于解碼的數(shù)據(jù)內(nèi)容，DSView支持不同的顯示格式。例如之前采集的UART信號(hào)按照ASCII碼的方式顯示字符‘D’，也可以修改成十六進(jìn)制（Hex）的顯示方式，結(jié)果便會(huì)顯示0x44。如圖3?15所示。目前支持的顯示格式有：hex（十六進(jìn)制）、dec（十進(jìn)制）、oct（八進(jìn)制）、bin（二進(jìn)制）以及ascii碼。

圖 3?15 格式選擇

3.4. 單次UART傳輸?shù)牟杉?/strong>