當前的嵌入式設計工程師面臨著系統復雜程度日益提高的挑戰。典型的嵌入式設計可能會包括各種模擬信號、高速和低速串行數字通信、微處理器總線等等。I2C和SPI等串行協議通常用于芯片間通信，但不能在所有應用中代替并行總線。微處理器、FPGA、模數轉換器（ADC）和數模轉換器（DAC）等集成電路給當前嵌入式設計帶來了*的測量挑戰。工程師可能需要解碼兩個IC之間的SPI總線，同時在同一塊系統電路板上觀察ADC的輸入和輸出。圖1是混合信號系統實例。
　　
　　對配備4通道示波器的工程師來說，調試圖1所示的硬件是一件困難而又讓人畏縮的任務。許多工程師用慣了示波器，同時為了節約時間，可能會選擇購買三四臺示波器，以便一次探測多個信號。邏輯分析儀可以探測多個數字信號，但調試任務非常復雜，使用邏輯分析儀所帶來的設置和學習過程有些不值得。幸運的是，對面臨這一任務的工程師，泰克提供了一種新型儀器，稱為混合信號示波器（MSO），有效地滿足了他們的需求。泰克MSO4000系列混合信號示波器把16通道邏輯分析儀的基本功能與泰克4通道示波器倍受信任的性能結合在一起。本應用指南介紹了混合信號嵌入式設計的調試，演示了泰克MSO4000提供的業內的性能。　　　　
　　使用MSO4000同時調試多個串行協議
　　
　　嵌入式設計工程師通常使用串行協議，如I2C和SPI，以簡化電路板上系統模塊之間的通信。這些串行協議可以降低布線的復雜性，但傳統示波器一直很難調試其實現方案。設計人員一般會被迫手動解碼采集的串行數據，或從示波器導出數據，以進行后期處理和解碼。使用示波器解碼串行數據可以為嵌入式設計工程師節約無數個小時的調試時間，允許工程師實時查看硬件和軟件的影響。
　　
　　盡管DPO4000系列示波器可以使用zui多四條通道探測串行數據，但許多常用串行協議要求三條或三條以上的線。工程師通常需要同時解碼和顯示多條串行總線，觀測其時間相關性。泰克MSO4000系列把DPO4000系列的串行觸發和解碼功能與16條新增數字通道結合在一起。除I2C、SPI和CAN外，MSO4000還支持觸發和解碼RS-232和并行總線。通過MSO4000，工程師可以同時探測和解碼多條串行總線及自定義并行總線。下面的實例使用MSO4000，調試圖1所示的嵌入式設計中復雜的多芯片通信錯誤。
　　
　　在系統zui初調試過程中（如圖1所示），系統偶爾遇到電路板上狀態LED指示燈表明發生故障的情況。狀態LED指示燈報告的錯誤不明確，導致系統工程師不能確定問題是由硬件導致的還是由軟件導致的。以前，類似錯誤一直源于模擬復用器輸入上的信號質量差，但工程師已經成功更換了導致信號保真度問題的硬件。由于系統工程師懷疑錯誤可能源于復用器輸入之外的其它來源，他決定探測到復用器的模擬輸入及多條數字總線，以全面查看系統狀況。MSO4000為調試提供了4條模擬通道和16條數字通道，它連接到圖2中標為1-4的信號上。　　　　　　
　　圖3顯示了MSO4000同時探測SPI總線（1）、I2C總線（2）、3位并行總線（3）和模擬輸入（4）的屏幕快照。由于錯誤可以被隔離到某個子例程，因此MSO4000配置成單次采集，觸發特定的I2C活動。把記錄長度設置成1M點保證了可以準確地捕獲I2C總線上事件周圍的所有有用信息。工程師運行子例程，迅速查看MSO4000，了解系統中發生的情況。CH1上顯示的MUX輸入上清楚的模擬波形確認了工程師的疑問，表明硬件問題已經得到解決，錯誤發生在其它地方。MSO4000觸發和解碼從微處理中寫入的I2C數據。工程師注意到SPI上的活動及在傳輸I2C數據后很快顯示了標有D1和D2的信號。工程師懷疑這些總線上的活動，因為他認為執行的功能主要涉及LCD控制器。由于MSO4000已經解碼I2C數據值，因此工程師可以看到微處理器已經把I2C數據寫入地址0x77。地址0x77是FPGA的地址，但工程師認為子例程把數據寫入地址0x76，這是LCD控制器的地址。
　　
　　圖4顯示了同一采集，其中使用WaveInspector放大SPI和并行總線的細節。SPI數據在屏幕上解碼成從主設備（FPGA）到從設備（MUX）的寫入，數據值為0x15。這一SPI命令指示LWTYMUX改變信號路徑使用的輸入。輸入信號中這種意想不到的變化導致FPGA向并行總線上的狀態LED指示燈發送一個錯誤代碼。在圖4中也可以觀察到這些并行總線的錯誤代碼和解碼。嵌入式設計工程師可以迅速確定是軟件漏洞導致了系統問題，因為MSO4000能夠同時查看和解碼所有相關信號。軟件編程人員錯誤地從微控制器到FPGA寫入I2C數據，而分組的預計目標是LCD控制器。　　　　
　　下一代數字波形顯示幫您揭示問題在改動系統軟件，校正上一節中介紹的地址漏洞后，嵌入式設計工程師繼續測試更多的系統功能。在進行測試時，他注意到狀態LED指示燈偶爾指明錯誤。與上一節中描述的錯誤不同，工程師不確定怎樣重建看到的錯誤。錯誤似乎具有隨機特點，不能隔離到系統的某個功能或子例程。
　　
　　嵌入式設計工程師對錯誤的隨機特點感到很迷惑，不確定從哪兒入手查找來源。查找錯誤來源的一個選項是使用示波器隨機探測系統，以期捕獲隨機事件。盡管工程師過去一直使用這種方法，但他知道，連接到所有相關信號、正確配置的MSO4000可以用少得多的時間找到錯誤。上一節中大多數探測點仍連接到MSO4000上。CH1探頭移動到活動的MUX輸入上，這是來自傳感器3的數字信號。除這4個探測點外，工程師使用一條數字通道探測MUX輸出。　　　　
　　FPGA通過3位并行總線傳送值0x7，表明已經發生錯誤。為隔離問題，MSO4000配置成捕獲單次采集，它把觸發事件設置成并行總線值0x7。圖5顯示了采集結果。在這種情況下，并行總線解碼和觸發節約了時間，減少了混淆，因為可以簡便地隔離錯誤條件。這一采集過程中使用的1M記錄長度允許工程師觀察觸發事件前和觸發事件后信號的關鍵細節。乍一看，圖5所示的信號似乎行為正常，但系統工程師很快確定MUX_OUT信號上出現了*的兩個邊沿轉換。圖5所示的MUX_OUT信號上的白色轉換向用戶表明這些信號部分存在著更多的信息。MSO4000的多邊沿檢測功能突出顯示了波形區域，通過縮放可以揭示頻率較高的數字脈沖。在使用WaveInspector放大波形細節時，圖6揭示了*個白色轉換背后的細節。圖5中畫出的白色轉換的信號部分實際上是MUX_OUT信號上的一個毛刺。　　　　
　　圖6顯示了MSO4000中模擬通道和數字通道之間的時間相關性。CH1（SENSOR_3）上顯示了到MUX的輸入，數字通道D14（MUX_OUT）上則可以觀察到MUX輸出。工程師注意到，盡管MUX輸出有一個毛刺，但到MUX的輸入似乎沒有毛刺。在使用數字通道識別毛刺后，工程師決定把CH2連接到MUX輸出上，更仔細地進行考察。圖7顯示了采集結果，其中MSO4000仍配置成觸發并行總線值0x7。圖7關閉了SPI和I2C總線的波形，把重點放在相關的主要信號上。在MUX輸入和輸出上使用模擬探頭，發現輸出上存在的毛刺在輸入信號上并不存在。圖7顯示，MUX_OUT信號上的毛刺出現了很短的時間，然后FPGA發送錯誤代碼。這兩個信號之間的時間關系表明，毛刺可能是工程師看到的問題。工程師使用同一配置重復采集幾次，看到每次的行為都與圖7類似。　　　　
　　在分析MSO4000的屏幕快照后，嵌入式設計工程師懷疑串擾可能是MUX_OUT信號上的毛刺來源。在檢查圖5中監測的所有信號后，沒有任何信號是串擾來源。在更詳細地檢查電路板布局時，工程師找到印刷電路板（PCB）上MUX_OUT軌跡旁邊有一個通路。工程師使用CH1探測PCB上的通路，等待并行總線的另一個觸發。得到的屏幕快照如圖8所示。圖8顯示，CH1上捕獲的信號從低到高轉換在時間上與MUX_OUT信號的正毛刺直接相關。相應地，從高到低轉換直接與MUX_OUT信號的負毛刺直接相關。
　　
　　在用一段時間在電路板上對干擾信號重選路由后，工程師把MSO4000配置成觸發CH1。圖9顯示MSO4000觸發CH1轉換，但在MUX_OUT信號上沒有顯示毛刺。由于MUX_OUT信號不存在毛刺，因此并行總線沒有生成錯誤條件。在改動電路板之后，串擾消失了，允許嵌入式設計工程師完成系統評估。　　　　　　
　　小結
　　
　　如本應用指南所示，MSO4000為開發和調試嵌入式設計的工程師提供了一個異常強大的工具。MSO4000把16條時間相關的數字通道與泰克4通道示波器倍受信任的性能和直觀的界面結合在一起。工程師現在可以使用MSO4000，而不用搜索多臺示波器或學習怎樣操作邏輯分析儀。MSO4000能夠同時觸發和解碼并行總線和串行標準，如I2C、SPI、CAN和RS-232，對評估當前嵌入式設計中硬件和軟件復雜交互的工程師提供了寶貴的工具。