79225 Laboratorium PTC
9

1

Ćwiczenie 2 (WU)

Wykrywanie uszkodzeń

1.    Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z problemami, jakie występują przy montowaniu i uruchamianiu układów cyfrowych w laboratorium PTC. Powinno ono nauczyć postępowania przy wykrywaniu przyczyn niepoprawnego działania budowanego układu. Nabyte umiejętności mogą być przydatne zarówno w laboratorium z PTC, jak i w następnych latach z PUC (projektowanie urządzeń cyfrowych), NiT (niezawodność i testowanie) oraz w przyszłej pracy inżynierskiej.

2.    Wprowadzenie

Zanim przejdziemy do omawiania sposobów poprawnego montowania i uruchamiania układów cyfrowych, musimy wyjaśnić pewne pojęcia, które są ściśle związane z tą tematyką. Są to: defekty, uszkodzenia oraz błędy.

Defekty fizyczne powstają podczas pracy układu cyfrowego. Mogą to być np. zwarcie czy rozwarcie ścieżek, przebicie elementów, rozlutowanie połączeń itp. Przyczyny występowania defektów są związane z jakością wykonania urządzenia, jak również ze sposobem jego użytkowania. Skutkiem wystąpienia defektu jest niepoprawne funkcjonowanie układu, czyli jego uszkodzenie. Wiele różnych defektów może prowadzić do tego samego uszkodzenia (np. sklejenia z 1 wyjścia bramki logicznej, lub inaczej, gdy na wyjściu bramki jest cały czas napięcie odpowiadające logicznej jedynce). Wynikiem uszkodzenia układu cyfrowego jest pojawianie się na jego wyjściach niewłaściwej informacji, czyli błędu. Tak więc nieprawidłowości w działaniu układu, zależnie od stopnia abstrakcji, rozumiemy jako:

-    defekt fizyczny, na poziomie schematu elektrycznego (na elementach dyskretnych); uszkodzenie, na poziomie schematu logicznego (na bramkach);

-    błąd, na poziomie schematu funkcjonalnego, kiedy układ traktujemy jako tzw. „czarną skrzynkę".

Podczas ćwiczeń laboratoryjnych, zadaniem studentów będzie wykrycie pojawiającego się błędu w danym układzie cyfrowym, następnie określenie i wyeliminowanie wywołującego ten błąd uszkodzenia.

Zgodnie z opinią osób prowadzących przez szereg lat ćwiczenia w laboratorium z PTC, do najczęściej występujących uszkodzeń i defektów należy zaliczyć:

1)    sklejenie z jedynką, występuje gdy np. wejście bramki pozostawimy nie podłączone (jest to „szkodliwe” np. dla bramki OR czy NOR). To „sklejenie z jedynką” wynika z tego, że w laboratorium wykorzystywane są bramki wykonane w technologii TTL;

2)    przerwanie połączenia między gniazdami wejść lub wyjścia danej bramki (dla każdego elementu na kasecie laboratoryjnej są przewidziane po dwa sprzężone ze sobą gniazda zarówno dla wejść, jak i wyjść, których połączenie może ulec rozlutowaniu);

3)    zniszczenie elementu;

4)    zwarcie wyjść (w przypadku wykorzystywania bramek LS może to prowadzić nawet do ich zniszczenia).

Poniżej podane zostaną zasady, których przestrzeganie może w znacznym stopniu wyeliminować powstawanie uszkodzeń, a co za tym idzie, powodować skrócenie czasu uruchamiania układu.

2.1. Dziesięć przykazań postępowania przy montowaniu układu

Celem poszczególnych ćwiczeń laboratoryjnych jest budowanie wcześniej zaprojektowanych układów cyfrowych. Ponieważ są one dosyć złożone, dlatego zazwyczaj występują problemy z ich uruchomieniem. Problemy te występują w szczególności, gdy pośpiesznie, bez sukcesywnego sprawdzania funkcjonowania poszczególnych fragmentów, montowany jest od razu cały układ logiczny. Przestrzeganie poniżej podanych zasad pozwala problemy te zminimalizować.

I. Musisz wiedzieć, co chcesz zbudować

Należy mieć narysowany serwisowy schemat układu (M1L-STD-803B), który ma zostać zmontowany. Jest to ważne dlatego, że możemy wtedy przewidzieć rodzaj i liczbę wykorzystywanych elementów, a co za tym idzie, odpowiednio rozplanować miejsce na kasetkach laboratoryjnych.

U. Musisz znać działanie układu

Należy wiedzieć, czego spodziewamy się na wyjściach naszego układu po podaniu konkretnych sygnałów wejściowych, a także po jakim czasie sygnały te powinny się pojawić.

III.    Przeprowadź korektę schematu

Jeżeli zajmujemy się układem kombinacyjnym, to na poziomie schematu logicznego należy podzielić go na niezależne bloki, które będą montowane oddzielnie (oczywiście, jeżeli prowadzący nie zaleci inaczej). Przykład takiej modyfikacji schematu logicznego jest przedstawiony na rys. 2.1. W przypadku układów sekwencyjnych również należy wyodrębnić poszczególne bloki, które w trakcie dalszego montażu zostaną ze sobą połączone w jeden układ logiczny. Takie postępowanie może spowodować konieczność użycia większej liczby elementów (rys. 2.1), ale w znaczący sposób ułatwia uruchamianie układu.

IV.    Sprawdź elementy i połączenia

Przed rozpoczęciem montażu powinno się zweryfikować wszystkie elementy, które będą wykorzystywane. Trzeba też mieć pewność, że zostaną one połączone dobrymi przewodami. Brak styków to jeden z częściej występujących problemów podczas wykonywania ćwiczeń laboratoryjnych. Jest to spowodowane zarówno zużyciem kaset, wynikającym z długiego okresu ich wyko-