Testowanie układów cyfrowych, część 2

Testowanie prostych układów cyfrowych (za takie należy uważać bramki logiczne) nie jest skomplikowanym zagadnieniem. Bardziej zaawansowane układy wymagają bardziej złożonych działań, by zweryfikować, czy dany układ przedstawia sobą jeszcze jakąś wartość, czy poddać go recyklingowi i odzyskać z niego złoto.

Jeden z Czytelników zwrócił się do mnie z prośbą o podanie, w jaki sposób sprawdzić określone układy logiczne (lista prac jest zlecona, a sposób ich realizacji należy już do mnie). W poprzedniej części były opisane pomiary napięć reprezentowane przez określone stany logiczne. Ich wyniki są uzależnione od technologii, w jakiej wykonany jest dany układ scalony. Istnieje jednak coś, co nie jest zależne od tego, czy dany układ jest bipolarny czy oparty na tranzystorach CMOS. Tym czymś jest realizowana przez układ funkcja, która jest charakterystyczna dla konkretnego modelu. By sprawdzić ją, należy wypracować na jego wejściach właściwe stany logiczne oraz zweryfikować uzyskany wynik z tym, czego się spodziewamy na wyjściach, co zawsze jest określone w jego danych katalogowych. W poprzedniej części zostały przedstawione rozwiązania przydatne do sygnalizacji stanów logicznych. Obecnie z racji zwiększenia funkcjonalności testowanych układów, gdyż dotychczas badaniom były poddane proste bramki, przydatne będzie dodatkowe „wyposażenie diagnostyczne”.

Przydatne wyposażenie

Wiele układów cyfrowych do swojej pracy wymaga sygnałów zegarowych. Wystąpienie odpowiedniego jego zbocza aktywuje układ do pracy (są układy, które reagują na zbocze narastające, inne reagują na zbocze opadające). Mogło by się wydawać, że wystarczy użyć jakiegokolwiek przycisku łączącego do masy drugi koniec rezystora przyłączonego do plusa zasilania, jak pokazuje rysunek 1a.

Niestety, takie rozwiązanie nie zadziała, ponieważ nie zostało tu uwzględnione szkodliwe zjawisko nazywane „dzwonieniem styków”. Polega ono na tym, że w chwili naciśnięcia przycisku (jak również zwolnienia go) wystąpi seria krótkich (milisekundowych) połączeń i rozłączeń styków, wynikających ze sprężystości materiału, z którego są one zbudowane. Układy cyfrowe są wystarczająco szybkie, by zauważyć kilka impulsów zegarowych, a co za tym idzie kilka jego zboczy (zamiast jednego). Wymaganie stawiane sygnałowi zegarowemu jest proste: sygnał ma być „czysty”, nie zaśmiecony zjawiskiem dzwonienia styków (łatwo powiedzieć, trudniej jest zrobić). Z pomocą przychodzi przerzutnik RS, którego przykład rozwiązania pokazuje rysunek 1b. Bazuje on na zespole bramek NAND. Do jego budowy w istocie wystarczą dwie bramki, jednak ponieważ w układzie 74xx00 są cztery funktory, to rozwiązanie zostało rozbudowane o dodatkowe funkcje służące choćby do sygnalizacji poprzez diodę LED stanu na wyjściu (fotografia 2).

Do sterowania przerzutnikiem konieczny jest przełącznik, który łączy jedną parę styków rozłączając drugą. Do tej roli nadaje się przykładowo przełącznik typu isostat. Przerzutnik taki generuje na swoim wyjściu „czysty”, niczym nie zakłócony impuls cyfrowy, a co za tym idzie również „czyste” zbocza sygnału.

Może się tak zdarzyć, że niezbędnych będzie kilka takich generatorów idealnych sygnałów logicznych. W ofercie produkowanych komponentów występuje przykładowo układ CD4044, który w swojej strukturze zawiera cztery przerzutniki RS, więc można stworzyć czterokanałowy wymuszacz stanów logicznych pozbawionych zjawiska dzwonienia styków. Propozycję rozwiązania pokazuje rysunek 3, a rzeczywistą realizację fotografia 4.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze czerwcowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 6/2024). Pełną wersję czasopisma znajdziesz pod tym linkiem. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 6/2024 znajduje się tutaj.

Andrzej Pawluczuk
apawluczuk@vp.pl

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) stałymi Patronami ZE, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery mamy wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 6/2024.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (weTransfer) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.