36822 Laboratorium PTC3

-22-

3. Wykrywanie uszkodzeń

Pomimo przestrzegania zasad poprawnego montowania układu, czasem pojawiają się błędy w jego działaniu. Błędy te mogą zostać zauważone także przy sprawdzaniu jednego z niezależnych bloków (układy kombinacyjne), przy rozbudowie układu (układy sekwencyjne) lub po okresie poprawnej pracy (np. na skutek defektu fizycznego). Jeżeli zdarzy się jedna z wymienionych sytuacji, to musimy umieć wykryć i usunąć uszkodzenie.

Dla układów cyfrowych produkowanych przemysłowo opracowano kilka metod wykrywania usterek, a renomowane firmy oferują wysoce profesjonalny - i co za tym idzie, drogi sprzęt diagnostyczny.

W przypadku ćwiczeń laboratoryjnych możemy jednak ograniczyć się do prostej i dla niewielkich układów, skutecznej metody testowania. Polega ona na sprawdzaniu układu cyfrowego jako tzw. „czarnej skrzynki”. Oznacza to, że na wejścia podajemy pewien wektor wymuszeń i sprawdzamy, czy reakcje na wyjściach są poprawne. Jeżeli wykryjemy błąd, to znaczy, że w danym układzie powstało uszkodzenie, które trzeba zlokalizować i usunąć. W tym celu stosuje się tzw. metodę śledzenia wstecz. Polega ona na sprawdzaniu stanów logicznych występujących na wejściach i wyjściach poszczególnych elementów. Sprawdzanie to jest realizowane wstecz, tzn. od wyjścia, na którym występuje błąd, poprzez kolejne elementy logiczne wzdłuż propagacji błędu, aż do natrafienia na poprawny stan logiczny. Znając granicę poprawnego działania układu, możemy przeanalizować i wyeliminować powstałe uszkodzenia.

Dla lepszego zrozumienia metody śledzenia wstecz przeanalizujmy następujący przykład. Załóżmy, że dany jest fragment układu cyfrowego (rys.2.3), w którym wystąpił defekt fizyczny. Podczas poprawnej pracy znajdująca się na wyjściu W dioda świecąca powinna migać zgodnie ze zmianami sygnału wejściowego (dla uproszczenia rozważań przyjmijmy, że pozostałe sygnały są równe logicznej jedynce). Zauważony błąd w działaniu danego fragmentu układu objawia się tym, że dioda świeci niezależnie od stanu wejścia P. Aby zlokalizować uszkodzenie, zastosujmy metodę śledzenia wstecz. W tym celu ustawmy na wejściu P sygnał, który powinien wymusić wygaszenie diody (czyli należy rozewrzeć styki - podać logiczne 0). Następnie wykorzystując sondę dwustanową (wskazującą logiczne 1 lub 0), sprawdzamy stany logiczne w poszczególnych punktach układu (patrz rys. 2.3). Potrzebną sondę można łatwo wykonać przyłączając dostępny przewód do jednej z diod świecących LED z kasety laboratoryjnej.

V_Cc

Rys. 2.3. Ilustracja metody śledzenia wstecz

Dla poprawnie działającego układu, po wymuszeniu na wejściu P zera, w poszczególnych punktach powinny być następujące stany logiczne:

C = 1 B = 0 A = 1 W = 0

Jak już powiedziano, poszukiwanie uszkodzenia rozpoczynamy od wyjścia, na którym został zauważony błąd (w naszym przypadku w punkcie W). Zgodnie z tym co pokazuje dioda LED, jest tam stan wysoki. Nie jest to stan poprawny, dlatego należy sprawdzić wartość stanu logicznego w punkcie A. Załóżmy, że po wykonaniu tej czynności okazało się, iż w A jest logiczne zero. Jest to także błędny stan. W kolejnym kroku kontrolujemy wartość logiczną w punkcie B. Załóżmy, ze jest tam stan wysoki, oraz w punkcie C - stan niski. Ponieważ na wejście P podaliśmy zero, to możemy stąd wyciągnąć wniosek, że wystąpiło zwarcie do masy w punkcie C, albo niesprawna jest bramka n4. Najpierw sprawdzamy połączenie między bramkami n4 i n3. Jeżeli okaże się ono poprawne, oznacza to że uszkodzenie jest związane z bramką n4. Aby zweryfikować ten pogląd, można odizolować bramkę n4 od reszty układu i jeszcze raz sprawdzić punkt C podając na wejście logiczne zero.

Zawsze jeżeli zachodzi podejrzenie, że uszkodzeniu uległ element logiczny, należy odseparować go od reszty układu i sprawdzić, czy poprawnie reaguje on na wymuszenia. O prawidłowej pracy elementu logicznego możemy przekonać się tylko wtedy, gdy nie jest on połączony z innymi elementami logicznymi.

Na koniec jeszcze jedna uwaga. Czasem zdarza się, że po usunięciu defektu układ nadal źle działa. Oznacza to, że uszkodzenie jest wielokrotne - w naszym układzie cyfrowym wystąpił jeszcze przynajmniej jeden defekt fizyczny. W takim przypadku należy powtórzyć powyżej opisane czynności.

Biorąc pod uwagę wszystkie wcześniej opisane zagadnienia, można zaproponować poniżej przedstawiony algorytm postępowania przy montowaniu i uruchamianiu prostych układów cyfrowych.

3.1.    Przykłady montowania układów cyfrowych

W rozdziale tym przedstawione zostały przykłady pokazujące właściwe postępowanie przy montowaniu układów cyfrowych, a także pokazujące praktyczne zastosowanie metody śledzenia wstecz.

3.1.1.    Przykład układu kombinacyjnego

Załóżmy, że mamy zmontować układ kombinacyjny, który jest określony przez tablicę prawdy pokazaną na rys. 2.4.

Należy więc odpowiednio wypełnić siatki Kamaugha dla poszczególnych wyjść, a następnie zakreślić implikanty. Pozostawmy te czynności do samodzielnego wykonania przed ćwiczeniem laboratoryjnym, gdyż studenci biorący udział w zajęciach powinni umiejętność tę opanować w stopniu bardzo dobrym. Będzie to więc możliwość sprawdzenia swoich możliwości i forma przygotowania się do laboratorium.