Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
«Брестский государственный технический университет»
Кафедра «ЭВМ и системы»
Пояснительная записка к курсовому проекту
по дисциплине «Схемотехника цифровых устройств»
ТЕСТЕР КОМБИНИРОВАННЫХ СХЕМ
Разработал: __________________ студент гр.
Руководитель: ________________ ст.препод.каф. «ЭВМ и С»
2018
Содержание
Введение
1. Структурное проектирование
1.1 Анализ исходных данных
1.2 Разработка структурной схемы
2. Функциональное проектирование
2.1 Генератор тестовых наборов
2.2 Схема управления
2.3 Верификатор
2.4 Компаратор выходных реакций
2.5 Генератор тактовых импульсов
3. Разработка электрической принципиальной схемы
3.1 Основные электрические параметры КМДП ИС
3.2 Модуль генератора тестов
3.3 Модуль проверки
3.3 Основной модуль
Заключение
Литература
Введение
Цель курсовой работы -- это создать тестер комбинационных схем, который представляет собой устройство для проверки работы испытуемого объекта. Методом проверки является подача на его входы тестовых сигналов определённых комбинаций. Для контроля исправности будет использован метод сравнения с эталонным объектом. Сам эталон будет косвенно проверяться наличием определённого количества импульсов на его выходе. Для простоты ремонта тестер будет разделён на модули, каждый из которых будет выполнять определённую функцию. Проверка будет происходить в автоматическом режиме, и контроль исправного состояния можно будет наблюдать по световым индикаторам. Испытуемый объект подсоединяется к тестеру с помощью разъёмов. Управлять тестером можно будет при помощи переключателей. Предстоит по заданию разработать структурную схему. Потом по ней построить функциональную схему из функциональных элементов (конъюнкторы, дизъюнкторы, триггеры, счётчики и другие). Для перехода к принципиальной схеме нужно использовать реально существующие компоненты, поэтому функциональная схема будет немного изменена.
1. Структурное проектирование
1.1 Анализ исходных данных
В первом абзаце п.3 индивидуального задания перечислены основные функции проектируемого тестера. Первой функцией является "генерация тестового набора и выдача его на объект контроля и эталонный объект". Так как требуется генерация тестовых наборов, предстоит проектировать устройство тестовой диагностики. В этом случае для формирования последовательности тестовых наборов генератор тестов. Его выходные коды поступают одновременно и на эталонный объект, и на объект контроля.
Функция «сравнение ответных реакций объекта контроля эталонного объекта» может быть реализована схемой поразрядного сравнения. В ней сопоставляются друг с другом кодов ответных реакций объектов. Тогда каждый бит выходного кода схемы сравнения содержит ноль, если значения соответствующих битов в ответных реакциях совпадают (ошибка не обнаружена) или содержит единицу при неравенстве соответствующих битов в ответных реакциях (обнаружена ошибка).
Следующая функция проектируемого тестера - «контроль и индикация хода процесса контроля и результатов контроля». Это означает, что необходимо использовать индикаторные элементы. Один такой элемент может отображать общий текущий результат сравнения выходных реакций в ходе контроля. А результаты контроля необходимо отображать многоразрядным индикатором, чтобы можно было определить выходные разряды объекта контроля, в которых обнаружена ошибка.
Последняя функция тестера - «контроль работы эталонного объекта». Согласно схеме на рисунке 1.1 в качестве эталонного объекта используется заведомо исправный объект контроля. При возникновении в нем неисправности будут искажены результаты диагностики объекта контроля. Для исключения такой ситуации требуется наличие структурного элемента, следящего за работой эталонного объекта.
Рисунок 1.1 - Тестовое диагностирование с эталонным объектом
тестер комбинированный схема
Назовем его верификатор. Принцип работы этого элемента достаточно прост. Предполагается, что в ходе диагностики одного объекта заранее известны количества единиц, которые появятся на каждом выходе эталонного объекта. Подсчитав реальное количество единиц на каждом выходе эталонного объекта их необходимо сравнить с заранее известными количествами. Те выходы эталонного объекта, для которых количества подсчитанных и заранее известных единиц совпадают, считаются исправными. Остальные выходы считаются неисправными и такой объект не может использоваться в качестве эталонного.
Проанализируем отдельные требования к алгоритму работы проектируемого тестера, которые перечислены во втором абзаце п.З индивидуального задания. «Тестер должен иметь отдельные цепи установки в исходное состояние и пуска работы» -- означает, что требуются органы ручного управления, с помощью которых будут формироваться управляющие сигналы в описанных цепях. Например, можно использовать две кнопки с именами "Сброс" и "Пуск". При нажатии на "Сброс" формируется сигнал в цепи установки в исходное состояние и поступает на управляющие входы тестера, обеспечивая их переключение в требуемое (исходное) состояние. Нажимая кнопку "Пуск" приводит к формированию сигнала во второй управляющей цепи, по которому тестер должен начать диагностику объекта контроля.
Требования «Процесс тестирования должен проходить в автоматическом режиме» и «Работа тестера должна синхронизироваться от тактового генератора» очевидно, означают необходимость применения генератора тактовых импульсов и схемы, которая подсчитывает количество тактовых импульсов с момента пуска работы тестера и по достижении определенного количества останавливает работу генератора и всего тестера. По каждому тактовому импульсу на объект контроля и эталонный объект поступает одно тестовое слово, формируются ответные реакции, и осуществляется их сравнение. После остановки работы можно проверить состояние индикационных элементов и сделать вывод о результате диагностики объекта контроля.
И последним требованием указывается «На время подключения контролируемого блока к тестеру (и отключения) его выходные цепи должны отключаться от источников сигналов (переводиться в третье состояние)». Это означает, что все выходы тестера, которые связаны с входами объекта контроля, должны переключаться в высокоимпедансное состояние для предохранения входных цепей объекта контроля от повреждения коммутационными токами. Простейшим решением этого требования является простое отключение питания тестера. Однако в этом случае возникают переходные процессы в цепях питания и до их угасания коммутационные операции проводить небезопасно. Это приведет к значительным потерям времени на ожидание завершения переходных процессов. Поэтому рекомендуется применение отдельной цепи «Замена», по которой будет распространяться сигнал отключения всех выходных каскадов схем тестера, связанных с входами объекта контроля. Источником сигнала в этой цепи может выступать отдельная кнопка с названием, например, «Замена». Конструкционное требование «Тестер должен проектироваться по модульному принципу с установкой соединительных разъемов между модулями» определяет необходимость разделения схемы тестера на функциональные группы, каждая из которых будет выполнять определённую функцию и электрически связываться с другими через разъемы. Каждая функциональная группа может быть определена соответствующим структурным элементом согласно рисунку 1.1: генератор тестов; схема сравнения индикация сравнения.
В четвёртом абзаце п.3 перечисляются индивидуальные параметры структурных элементов: «Разрядность объекта контроля - Nвх = 10, Nвых = 6, элементная база КМДП, генератор тестов - счётчик, объём текста в словах - полный, количество единиц в выходных разрядах: N1 = 42, N2 = 31, N3 = 0, N4 = 42, N5 = 7, N6 = 4, N7 = -, N8 = -, N9 = -». Опираясь на схему с рисунка 2.1 как на базовую, определим параметры её элементов исходя из анализа выше перечисленных данных.
Генератор тестовых наборов (ГТН) должен быть построен на базе счётчика, о чём указывается требованием «генератор тестов - счётчик». Разрядность счетчика равна количеству входов Nвх = 10» объекта контроля. Работа счетчика должна тактироваться генератором, что определяется ранее рассмотренным требованием «Работа тестера должна синхронизироваться от тактового генератора». Для установки ГТН в исходное состояние счетчик должен принимать сигнал «Сброс» и по нему обнулять свои выходы.
Согласно требованию «элементная база - КМДП» для реализации схемы тестера разрешается использовать интегральные микросхемы только с соответствующей элементной базой. Например, интегральные микросхемы серий 176, 561, 564 1561, 1564 и их зарубежные аналоги.
В последнем абзаце п.3 индивидуального задания излагаются требования к расчету частоты тактовых импульсов, которые формирует тактовый генератор: «Тактовая частота Fm рассчитывается максимально большой с учетом того, что задержка распространения сигнала в контроля (и эталонном объекте) равна задержке распространения сигнала в разрабатываемом устройстве». Из требования следует что, для расчета частоты необходимо определить задержку распространения сигнала в схеме тестера, затем умножить ее на два (учитываем задержку в объекте контроля) и полученное значение использовать как период тактового сигнала.
1.2 Разработка структурной схемы
В предыдущем пункте обосновано использование базовой структуры тестера, которая приведена на рисунке 1.1. Используя результаты анализа исходных данных, конкретизируем известные параметры элементов и по возможности детализируем их состав.
Генератор тестовых наборов включает счетчик. Для отключения выходов генератора на время смены объекта контроля применим буферные элементы с тристабильными выходами. Результирующая структура ГТН показана на рисунке 1.2. Сигнал «Сброс» обнуляет счетчик. Сигнал «Пуск» управляет блокировкой импульсов тактирования счетчика. По сигналу «Замена» выходы буферных элементов переводятся в отключенное состояние.
Рисунок 1.2 - Структура генератора тестовых наборов
Тактовые импульсы вырабатываются генератором со стабильной частотой, например, на базе кварцевого резонатора или задающей RC цепочки из прецизионных элементов. Управляющие сигналы в цепях «Сброс», «Пуск» и «Замена» формируются оператором с помощью одноименных переключателей. Назовем эту группу элементов формирователем. Соответствующий фрагмент структурной схемы показан на рисунке 1.3.
Рисунок 1.3 - Структура формирователя управляющих сигналов (положения органов управления показано в режиме тестирования)
В цепях «Лог.0» и «Лог.1» присутствуют напряжения соответствующих логических уровней. Инициализация элементов схемы тестера происходит за короткий интервал времени, поэтому в цепи «Сброс» достаточно сформировать только импульс. С этой целью используется кнопка, передающая логическую единицу в цепь «Сброс» только при ее нажатии. В цепи «Замена» должна присутствовать логическая единица на протяжении всей операции смены объекта контроля, следовательно, для управления используем переключатель. Активный уровень (логическая единица) в цепи «Пуск» необходим на протяжении всей процедуры тестирования объекта контроля. Поэтому используем переключатель, аналогично предыдущему случаю.
Единая последовательность тестовых наборов воздействует одновременно и на объект контроля и на эталонный объект. Получаемые выходные реакции сравниваются поразрядно компараторами. Их количество равно числу выходов объекта. Для отображения логического состояния компаратора подключим к его выходу элементарный индикатор. Например, светодиод. Тогда при низком уровне напряжения на выходе компаратора (что соответствует логическому нулю) светодиод будет погашен, а при высоком уровне напряжения (что соответствует логической единице) - светодиод светится. Соответствующая структурная схема изображена на рисунке 1.4. Верхние компаратор и светодиод контролируют возникновение ошибки на выходе OUT0 объекта контроля.
Рисунок 1.4 - Структура компаратора выходных реакции
Структура верификатора эталонного объекта содержит восемь (по количеству выходов эталонного объекта) идентичных каналов. Каждый канал включает счетчик и индикатор. Различия между каналами заключаются только в модулях счета, которые указываются в индивидуальном задании как «N1 = 42, N2 = 31, N3 = 0, N4 = 42, N5 = 7, N6 = 4, N7 = -, N8 = -, N9 = -» (прочерк указывает на отсутствие девятого выхода). «N1 = 42» обозначает количество единиц, которые должны появиться на младшем выходе эталонного объекта, на протяжении диагностики одного объекта. Следовательно, на выходе переноса каждого счетчика установится логическая единица, только если на протяжении всей процедуры диагностирования этот счетчик получит количество единиц, равное модулю счета. В противном случае на выходе переноса счетчика будет присутствовать логически ноль, что означает неисправность эталонного объекта. Для индикации этого факта применим светодиод, подключив его согласно схеме на рисунке 1.5.