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附錄 D　示波器與邏輯分析儀操作速查

這一頁是站在儀器前面、手放在旋鈕上的時候看的。示波器的部分用「步驟清單」寫，照著做就能把波形叫出來；D.2 那張表直接告訴你全書每一種訊號要轉到哪一格。邏輯分析儀的部分照 PulseView 的畫面順序寫。最後 D.4 回答一個很多人會問的問題：兩台都在，該用哪一台？

不同牌子的示波器按鈕位置和名字會差一點，但功能都一樣。下面用「最常見的名字」寫，括號裡是另一種常見叫法。

安全提醒（每次都要）：探棒的黑色鱷魚夾一定接電路的 GND。本書電路最高只有 12 V，探棒和示波器都很安全，但鱷魚夾夾錯地方會把電路短路，元件可能燒掉。

D.1　示波器操作步驟清單

步驟 1：開機與探棒補償（第一次用這台示波器、或換了探棒時做）

  1. 按電源鍵，等開機畫面消失（約 10–30 秒）。
  2. 探棒的 BNC 接頭插到 CH1，順時針轉半圈卡住。
  3. 探棒上的小開關撥到 10×。本書從頭到尾都用 10×，因為它比較不會干擾電路。
  4. 在示波器面板上找到 CH1 按鈕，按下去，在畫面選單裡把 探棒（Probe）設成 10×。這一步沒做，讀值會差 10 倍（附錄 E）。
  5. 找到面板上標著「Probe Comp」或「~ 5V 1kHz」的兩個小金屬片。探棒勾子勾在上面那片（方波訊號），鱷魚夾夾下面那片（GND）。
  6. 按 Auto Set（Autoscale），畫面會出現方波。
  7. 看方波的角：
    • 四個角方方正正 → 補償正確，不用動。
    • 角上翹（過衝）或角被削圓 → 用探棒附的小螺絲起子，轉探棒 BNC 端的小螺絲，一邊轉一邊看，直到角變成直角。
   補償正確        補償不足（圓角）      補償過度（尖角）
   ┌────┐          ╭────╮              ┐┌───┐
   │    │          │    │              ││   │
 ──┘    └──      ──╯    ╰──          ──┘└   └──
  1. 拔下探棒，去量真正的電路。

步驟 2：接上電路

  1. 鱷魚夾夾電路的 GND（麵包板藍色負軌、Arduino 的 GND 腳）。
  2. 探棒的勾子勾你要看的那一點（例如 Arduino D9、電阻的某一腳）。勾不到的時候先插一條杜邦線到麵包板，再勾杜邦線。
  3. 接第二個通道時，兩支探棒的鱷魚夾都接 GND，而且是同一個 GND。

步驟 3：Auto Set（先讓它自己試）

  1. 按 Auto Set（Autoscale / Autoset）。
  2. 等 1–2 秒，大部分穩定的重複訊號（方波、PWM、tone）會直接出現。
  3. Auto Set 失敗的情況：訊號是直流（會出現一條線但格子可能很怪）、訊號只出現一次（按鈕彈跳、尖波）、訊號太慢（1 Hz Blink）。這些要用步驟 4 手動調。

步驟 4：手動調整（順序很重要：先垂直、再水平、最後觸發）

4a. 先調 V/div（垂直刻度，Vertical Scale 旋鈕）

  1. 想一下訊號最高是幾 V。Arduino 是 5 V、ESP32 是 3.3 V、電池 9 V。
  2. 畫面垂直通常有 8 格。挑一個 V/div 讓訊號占 3–6 格：5 V 訊號用 1 V/div（占 5 格）或 2 V/div（占 2.5 格）。
  3. 轉 Vertical Position 旋鈕把 0 V 的線（畫面左邊有個小箭頭標著通道號）移到畫面下方第 1 或第 2 格，這樣往上才有空間。
  4. 在 CH1 選單裡把耦合（Coupling）設成 DC。本書幾乎都用 DC。AC 耦合會把直流部分去掉，看電池會看到 0 V。

4b. 再調 s/div（水平刻度，Horizontal Scale 旋鈕）

  1. 想一下訊號一個週期多久（不知道就查 D.2 的表）。
  2. 畫面水平通常有 10 格（有些 12 或 14 格）。挑一個 s/div 讓畫面裡出現 2–5 個週期。例如 490 Hz PWM 週期約 2 ms，用 500 µs/div 一格半一個週期，畫面會有 5 個左右。
  3. 要看細節（例如方波的上升邊），再把 s/div 轉小。

4c. 最後調觸發（Trigger）

  1. 找到 Trigger 區的旋鈕（Level）和 Menu 按鈕。
  2. 來源（Source）選 CH1（或你要當基準的那個通道）。
  3. 類型選 Edge（邊緣），斜率（Slope）選 上升（Rising ↑）。
  4. 轉 Level 旋鈕把觸發準位放在訊號的中間：5 V 訊號放 2.5 V、3.3 V 訊號放 1.6 V。畫面右邊會有個小箭頭標示準位在哪。
  5. 模式（Mode）：
    • Auto：沒觸發到也會一直畫，看直流或亂找訊號時用。
    • Normal：沒觸發到就停住等。波形穩定後改成 Normal，畫面才不會閃。
    • Single：觸發一次就停，看一次性的事件用（見步驟 6）。
  6. 波形還在左右跑 → 觸發準位可能在訊號範圍外（例如放到 6 V 了），轉回訊號中間。還是跑 → 換一個通道當來源，或把 Holdoff 稍微加大。

步驟 5：讀數字（Measure 與 Cursor）

自動量測（Measure）：

  1. 按 Measure 鈕。
  2. 選來源通道，加入你要的項目。本書常用：
    • Vpp（峰對峰電壓）
    • Vmax / Vmin（最高、最低）
    • Vavg / Mean（平均電壓，看 PWM 濾波後很有用）
    • Freq（頻率）、Period（週期）
    • +Duty（正占空比）
    • +Width（HIGH 的時間，量伺服脈波用）
  3. 數字會出現在畫面下方或旁邊。畫面裡要有至少 1 個完整週期，頻率才算得出來。

游標（Cursor）：

  1. 按 Cursor 鈕。
  2. 選 Time（時間，垂直兩條線） 或 Voltage（電壓，水平兩條線）。
  3. 用旋鈕把兩條線分別移到你要量的兩個位置，畫面會顯示 ΔT（時間差） 或 ΔV（電壓差），以及 1/ΔT（換算的頻率）。
  4. 量按鈕彈跳的持續時間、量 RC 充電到 63% 花多久，都用游標。

步驟 6：抓一次性事件（Single）

  1. 先照步驟 4 把 V/div、s/div 設好（這時候畫面可能還是空的，沒關係）。
  2. 觸發模式設成 Normal，來源、斜率、準位設好。尖波通常是上升緣、準位設得比正常電壓高一點（例如 8 V）；按鈕彈跳是下降緣、準位 2.5 V。
  3. 按面板上的 Single 鈕，它會亮起來，示波器進入「等待」狀態。
  4. 去做那件事（按下按鈕、關掉馬達）。
  5. 示波器抓到就會自動停住，畫面定格。
  6. 用 Horizontal Position 旋鈕左右捲動，用游標量。
  7. 要再抓一次，再按一次 Single。按 Run/Stop 回到連續模式。

步驟 7：存圖

  1. 插 USB 隨身碟到示波器前面板的 USB 孔（有些機型要先格式化成 FAT32）。
  2. 按 Save/Recall（或 Storage、Print）。
  3. 類型選 Image（BMP / PNG）。
  4. 按 Save 或 Press to Save。有些機型面板上有專用的「相機」或「列印」鍵，按一下就直接存。
  5. 存的檔案拿去貼在實驗紀錄裡。沒有隨身碟的話，用手機對著畫面拍也可以，拍之前先按 Run/Stop 讓畫面停住。

D.2　要看什麼訊號 → 設定對照表

這張表假設探棒設 10×、耦合 DC、垂直 8 格、水平 10 格。數字是「起始值」，看到波形後再微調。

要看的訊號章節V/divs/div觸發設定畫面應該長這樣
電池直流（9 V 或 6 V）62 V1 ms（隨便）Auto 模式一條平的直線，在 0 V 線上方 4.5 格（9 V）或 3 格（6 V）。
Arduino 1 Hz Blink（D9 或 D13）122 V200 msAuto，上升緣，2.5 V很慢的方波，畫面一格一格從左畫到右，0.5 s 高、0.5 s 低。用 Normal 會等很久。
490 Hz PWM（analogWrite D9）142 V500 µsNormal，上升緣，2.5 V方波，週期約 2 ms（4 格），HIGH 的寬度隨 analogWrite 數值變。
980 Hz PWM（D5、D6）142 V200 µsNormal，上升緣，2.5 V方波，週期約 1 ms（5 格）。
1 kHz tone()（蜂鳴器腳）102 V200 µsNormal，上升緣，2.5 V50% 方波，週期 1 ms。Measure Freq 應顯示約 1.000 kHz。
RC 充放電（10 kΩ × 100 nF，τ = 1 ms，用 100 Hz 方波推）51 V1 msNormal，上升緣，來源接方波的 CH1CH1 方波；CH2 是圓滑的充電曲線往上爬、再往下掉，像鯊魚鰭。5 ms 大約充飽。
RC 充放電（10 kΩ × 100 µF，τ = 1 s，用按鈕手動充放）51 V1 sAuto 模式，捲動（Roll）模式更好畫面慢慢從右往左捲，電壓慢慢爬上去再慢慢掉下來。
SG90 伺服 50 Hz 脈波142 V5 msNormal，上升緣，2.5 V很瘦的脈波，每 20 ms（4 格）一個。轉 s/div 到 500 µs 可看清楚脈波寬 1–2 ms。
反電動勢尖波（關掉電感／馬達瞬間）75 V100 µsSingle，上升緣，準位 8 V一個很高很瘦的尖刺，可能衝到 20–40 V 以上，然後迅速掉回來。加了飛輪二極體後尖刺消失。
按鈕彈跳（D2 接上拉電阻）112 V1 msSingle，下降緣，2.5 V按下去的瞬間不是一刀切下來，而是在 5 V 和 0 V 之間亂跳好幾次，持續 0.1–5 ms。
UART 9600（Arduino TX 腳 D1）152 V200 µsSingle，下降緣，2.5 V每個位元約 104 µs 寬（半格），一個字元 10 個位元約 1 ms。平常是 HIGH，開始傳才往下掉。
I2C 100 kHz（CH1 = SCL、CH2 = SDA）152 V20 µsSingle，來源 CH2（SDA），下降緣，1.6 VCH1 一串整齊的時脈，每格 2 個；CH2 在時脈之間變化。SDA 在 SCL 是 HIGH 時往下掉就是「開始」。
PWM 經 RC 低通濾波後101 V500 µsNormal，來源接濾波前的 CH1CH1 方波；CH2 幾乎是直線，只剩一點點鋸齒。改 analogWrite 數值，CH2 的直線會上下移。
電晶體集極電壓反相92 V500 µsNormal，來源 CH1（基極方波）CH1 HIGH 的時候 CH2 LOW，CH1 LOW 的時候 CH2 HIGH，剛好相反。
半波整流（自製線圈的交流經 1N4007）8500 mV10 msAuto 模式整流前（CH1）上下都有；整流後（CH2）只剩上半，下半被削平成 0。

D.3　邏輯分析儀與 PulseView 速查

安裝 PulseView

  1. 到 sigrok 官網（sigrok.org）的 Downloads 頁面下載 PulseView。Windows 下載 .exe 安裝檔，macOS 下載 .dmg，Linux 下載 AppImage。
  2. 安裝時勾選 包含驅動程式（fx2lafw firmware） 的選項（預設有勾）。
  3. Windows 要多做一步：便宜的 USB 邏輯分析儀插上去之後，Windows 會裝錯驅動。
    • 下載 Zadig（zadig.akeo.ie）。
    • 插上邏輯分析儀，打開 Zadig，選單 Options → List All Devices。
    • 下拉選到邏輯分析儀（名字可能是「USB Logic Analyzer」、「Unknown Device #1」或「fx2lafw」）。
    • 右邊的驅動選 WinUSB，按 Install Driver（或 Replace Driver）。
    • 完成後重新插拔一次。
  4. macOS 和 Linux 不用裝驅動，但 Linux 可能要用 sudo 執行或設定 udev 規則（PulseView 的說明頁有寫）。

裝置選擇

  1. 打開 PulseView。
  2. 工具列左上角按 「<No Device>」 那個下拉，選 Connect to Device。
  3. 驅動（Driver）選 fx2lafw (generic driver for FX2 based LAs)。
  4. 介面（Interface）選 USB，按 Scan for devices using driver above。
  5. 下面出現「Saleae Logic」或「fx2lafw」就點它，按 OK。
  6. 工具列會變成裝置名稱，旁邊有 取樣數 和 取樣率 兩個下拉。

取樣率（Sample Rate）與取樣數（Samples）

規則：取樣率至少是訊號頻率的 4 倍，保險用 10 倍。取樣數決定能錄多久：錄的時間 = 取樣數 ÷ 取樣率。

要看的訊號建議取樣率建議取樣數能錄多久
1 Hz Blink1 kHz10 k10 秒
按鈕彈跳1 MHz1 M1 秒
490 Hz PWM100 kHz100 k1 秒
UART 96001 MHz1 M1 秒
UART 1152004 MHz4 M1 秒
I2C 100 kHz2 MHz2 M1 秒
I2C 400 kHz8 MHz8 M1 秒
SPI 1 MHz16–24 MHz10 M約 0.5 秒
  • 8 個通道全開的時候，便宜的邏輯分析儀最高只能到 24 MHz；只開 3 個通道可以更高，但本書用不到。
  • 取樣數太多會等很久、電腦會卡；先用 1 M 試。

接線（GND 必接）

   邏輯分析儀                 Arduino / ESP32 / 麵包板
   ┌─────────┐
   │ CH0 ●───┼─────────────── 要看的訊號 1（例如 TX、SDA）
   │ CH1 ●───┼─────────────── 要看的訊號 2（例如 SCL）
   │ CH2 ●   │
   │  ...    │
   │ GND ●───┼─────────────── GND  ← 沒接這條什麼都看不到
   └─────────┘
        │
       USB → 電腦
  1. 先接 GND，再接訊號線。
  2. 訊號線用母對母或公對母杜邦線接到要看的腳位（用「並聯」的方式掛上去，不要拆掉原本的線）。
  3. 通道電壓只能是 0–5 V 的數位訊號。不要接 9 V 電池、不要接反電動勢尖波、不要接交流。
  4. 在 PulseView 左邊的通道名稱上點兩下可以改名，把 D0 改成 TX、D1 改成 SDA，之後看比較不會搞混。

擷取

  1. 按工具列的 Run（綠色三角）。
  2. 擷取進行中去觸發訊號（例如按 Arduino 的 RESET 讓它重新印 Serial，或讓 OLED 更新畫面）。
  3. 擷取完會自動停。用滑鼠滾輪放大縮小，按住拖曳左右移動。
  4. 什麼都沒看到（全部一條線）→ 查附錄 E「邏輯分析儀全高／全低」。

加解碼器（Protocol Decoder）

UART（第 15 章 Serial.println）：

  1. 工具列按 Add protocol decoder（黃綠色的圖示）。
  2. 搜尋 UART，點兩下加入。
  3. 畫面下方出現一條 UART 軌，點它的名稱開設定：
    • RX：選接到 Arduino TX 的那個通道（我們是「聽」Arduino 講話，所以接在解碼器的 RX）。
    • TX：可以不選。
    • Baud rate：9600（要和程式裡 Serial.begin() 的數字一樣）。
    • Data bits：8
    • Parity：none
    • Stop bits：1
    • 這組就是常說的 9600 8N1。
  4. 放大波形，UART 軌上會出現一個個字元（例如 H、e、l、l、o）。看不懂的話把 Data format 改成 ASCII。

I2C（第 15 章 OLED）：

  1. 加入 I²C 解碼器。
  2. 設定：SCL 選接 SCL 的通道、SDA 選接 SDA 的通道。
  3. 放大到看得到時脈，I2C 軌會顯示 Start → Address write: 3C → ACK → Data: … → Stop。
  4. 看到 3C 就對了，那是 OLED 的位址。

其他常用： SPI、PWM（會直接算占空比和頻率）、Timing（量兩個邊緣之間的時間）。

常見問題

問題原因與做法
Scan 找不到裝置Windows 沒裝 WinUSB 驅動（用 Zadig）；USB 線只能充電不能傳資料；換一個 USB 孔。
全部通道都是一條直線GND 沒接；通道接錯腳；取樣率太低看不到變化；Arduino 根本沒在送（先用示波器或板上 LED 確認）。
UART 解出亂碼或「Frame error」鮑率設錯；取樣率不到鮑率的 4 倍；RX/TX 選反。
I2C 只解出一堆錯誤取樣率不夠（I2C 100 kHz 至少 1 MHz，建議 2 MHz）；SDA/SCL 選反。
擷取到一半電腦很卡取樣數太大，降到 1 M 以下。
擷取完畫面空白擷取時間太短，訊號還沒發生就結束了。把取樣數加大，或先按 Run 再讓訊號發生。

D.4　示波器 vs 邏輯分析儀，什麼時候用哪個

一句話：示波器看「電壓長什麼樣」，邏輯分析儀看「0 和 1 排成什麼順序」。

示波器邏輯分析儀
看到的東西連續的電壓曲線，任何高度只有 HIGH 和 LOW 兩種
通道數28
能看直流嗎能（電池、分壓點）不能（只會顯示一條線）
能看圓滑的曲線嗎能（RC 充放電、濾波後的 PWM、正弦波）不能
能看尖波、雜訊、彈跳嗎能，而且看得到有多高彈跳看得到，但不知道有多高
能解 UART / I2C 的內容嗎高階機型可以，入門機型不行可以，而且是強項
能錄很長一段時間嗎幾個畫面可以錄好幾秒、幾百萬個點
價錢一萬到幾萬幾百塊
接線探棒 + 鱷魚夾杜邦線

用示波器的時候：

  • 第 5 章看電容充放電曲線。
  • 第 6 章學儀器本身。
  • 第 7 章看反電動勢尖波（邏輯分析儀看不到高度，而且尖波超過 5 V 會傷到它）。
  • 第 8 章看整流前後的波形。
  • 第 9 章看電晶體集極電壓。
  • 第 10 章看濾波前後、看蜂鳴器頻率。
  • 第 14 章量伺服脈波寬度、PWM 占空比。
  • 任何「這個腳到底有沒有電壓、是幾 V」的問題。

用邏輯分析儀的時候：

  • 第 11 章看按鈕彈跳（也可以用示波器，但邏輯分析儀能錄比較長）。
  • 第 15 章解 UART 看到字元、解 I2C 看到 0x3C。
  • 第 16 章同時看好幾個腳位誰先誰後。
  • 任何「這兩條線的時間順序是什麼」「晶片到底傳了什麼內容」的問題。

兩台一起用的時候：

  • 先用示波器確認訊號電壓正常（HIGH 真的有 5 V 或 3.3 V、沒有超過 5 V），再接邏輯分析儀解碼內容。
  • 兩台的 GND 都接電路 GND，可以同時掛在同一條線上。