測控技術第八章

1、測控技術第八章第1頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四 時域、頻域和數據域測量的比較 在時域、頻域測量中，測量對象是未知的，其測量目的是得到信號或系統(tǒng)的特性。在數域測量中，測量的正確結果是已知的，測量目的是檢驗系統(tǒng)工作是否正常，查找故障。 第2頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四一、引言 數字系統(tǒng)所處理的是一些脈沖序列，多為二進制信息、通常一般化地稱之為“數據”，因此，有關的測試分析也就稱為數據域測試分析。數據域測試就是對數字電路和系統(tǒng)進行故障診查、定位和診斷。 數字系統(tǒng)的測試錯誤，大都屬于信號數據流的錯誤，如狀態(tài)線沒有在適當的時候出現，存儲器地址讀

2、錯、信息數據在傳輸過程中丟失信息比特等這類不正確數據系列產生的數據錯誤。 第3頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四 在數字集成電路中，特別是LSI和VLSI中，內部電路規(guī)模龐大、十分復雜，而外部可觀測點（引腳）則甚少；常常不得不依靠少數外部測試點上所得的有限結果來推斷電路內部所發(fā)生的復雜過程。此外，在數字系統(tǒng)中，除硬件故障會引起外部信息錯亂之外，還可能由于軟件的問題而導致異常輸出。凡此種種因素都給數字系統(tǒng)的測試和分析帶來極大困難，也因此形成了數字系統(tǒng)與模擬系統(tǒng)測試分析的重大差別。為此迫切要求提供全新的、適當的測試和分析方法，以及相應的測試儀器和系統(tǒng)。 第4頁，共26頁，2

3、022年，5月20日，11點54分，星期四1 、 數字信號的特點數字信號一般為多路傳輸的，因而要求多路測試；數字信號是按時序傳遞的，測試要求測出時序和邏輯關系；數字信號按一定的格式、結構和方式傳遞的脈沖信號 ；數字信號多數是單次、非周期的；測試儀要能捕獲、存儲、顯示所需的單次、非周期信號；數字信號的速度范圍寬 ； 在擬定數據域測試方案設計、制造數據域測試儀器時，都應考慮上述數字信號的特征。 第5頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四2、 數據域測試的基本方法與可測試性 數字系統(tǒng)測試的目的，一是確定系統(tǒng)中是否存在故障，二是確定故障的位置。前者稱為合格/失效測試，或稱故障檢測，

4、后者稱為故障定位。窮舉測試法 把任何可能的輸入組合加于被測系統(tǒng)，看是否得到應有的輸出結果。偽窮舉測試法 把一個大電路劃分成數個子電路，對每個子電路進行窮舉測試。 第6頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四隨機測試法 隨機產生輸入可能的2n個組合數據流，對它們的輸出響應進行比較，根據測試結果，給出“合格/失效”指示。功能性測試 對微處理器的測試，包括對RAM的測試和對裸uP的測試是屬于子系統(tǒng)級的功能性測試。還有利用被測系統(tǒng)自身的應用程序來對系統(tǒng)進行測試的方法，這類方法只對該系統(tǒng)的應用所涉及的功能進行測試， 第7頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四 數字電

5、路可測性的一個定義是：若對一數字電路產生和施加一組輸入信號，并在預定的測試時間和測試費用范圍內，達到預定的故障診斷要求，則說明該電路是可測的?？蓽y性包括兩種特性：可控性和可觀察性。 第8頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四3、數據域測試儀器的分類 數據域測試儀器按其功能可分為三大類：節(jié)點測試器、邏輯分析儀和開發(fā)系統(tǒng)。節(jié)點測試器 以節(jié)點信息為測試對象，通過分析，比較測試節(jié)點處的信息，診斷節(jié)點開路、短路和橋接等故障。邏輯分析儀 以總線概念為基礎，能同時對多個節(jié)點進行測試。它能對邏輯電路、軟件的邏輯狀態(tài)進行記錄和顯示，通過各種控制功能實現對邏輯系統(tǒng)的分析。微機開發(fā)系統(tǒng) 對各種帶

6、有微處理器的數字系統(tǒng)進行數據域測試，不僅具有調試系統(tǒng)軟、硬件的各種功能，還能進行實時仿真。 第9頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四二、邏輯分析儀的基本概念 邏輯分析儀能夠用表格形式、波形形式或圖形形式顯示具有多個變量的數字系統(tǒng)的狀態(tài)，也能用匯編形式顯示數字系統(tǒng)的軟件，從而實現對數字系統(tǒng)軟、硬件的測試。 邏輯分析儀可分為兩大類：邏輯定時分析儀和邏輯狀態(tài)分析儀。這兩類分析儀的基本結構是相似的，主要區(qū)別表現在顯示方式和定時分式上。 邏輯定時分析儀用時間關系圖顯示被測數據，即用多路矩形脈沖（理想化波形）或高低電平表示邏輯“1”和“0”，這種圖形方式便于分析時間關系。 邏輯定時分

7、析儀用來測試兩個系統(tǒng)之間的數字信號傳輸情況和時間關系。邏輯定時分析儀有內部時鐘源，在內部時鐘的控制下，與被測系統(tǒng)異步工作，它主要用于測試系統(tǒng)的硬件。 第10頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四 邏輯狀態(tài)分析儀用狀態(tài)表顯示被測數據的邏輯狀態(tài)，它顯示直觀，能從大量的數碼中發(fā)現錯碼，便于進行功能分析。 邏輯狀態(tài)分析儀用來對系統(tǒng)進行實時狀態(tài)分析，檢查在被測系統(tǒng)時鐘作用下的信息狀態(tài)，因此狀態(tài)分析儀內部沒有時鐘源，它采用被測系統(tǒng)的時鐘，與被測系統(tǒng)同步工作。邏輯狀態(tài)分析儀主要用于軟件分析。 目前，大多數邏輯分析儀同時具有定時分析和狀態(tài)分析的功能。第11頁，共26頁，2022年，5月20

8、日，11點54分，星期四1、 邏輯分析儀的組成 第12頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四被測信號經過多通道邏輯測試探頭形成并行數據，送至比較器，對輸入波形進行整形。經整形后的數據送至采樣器，在時鐘脈沖控制下進行采樣。被采樣的信號按順序存放在數據存儲器（RAM）中。觸發(fā)信號產生器按照給定的數據捕獲方式，在數據流中搜索特定的數據字，當搜索到特定數據字時，產生觸發(fā)信號控制數據存儲器，使它開始或停止存儲數據，以便確定數據窗口。得到顯示命令后，按照先后順序逐一讀出數據，由CRT按設定的方式進行被測量數據的顯示。第13頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四2、

9、邏輯分析儀的觸發(fā)方式 邏輯分析儀可以同時采集多路信號，以便于對被測系統(tǒng)正常運行的數據流的邏輯狀態(tài)和各信號間的相互關系進行觀測和分析。 通常被測數據流是很長的，而存儲器的容量有限，并且用戶有時僅對長數據流中的某個片段感興趣。這個“數據片段”稱為觀察窗口。在邏輯分析儀中通過設定一個或一組數據字或事件來獲得觀察窗口。這種用于設定觀察窗口的數據字稱為觸發(fā)字；當邏輯分析儀識別出被測數據流中的觸發(fā)字后，就開始采集并存儲在觀察窗口的數據，這稱為跟蹤；識別出觸發(fā)字而引起跟蹤的動作稱為觸發(fā)。第14頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四（1） 基本觸發(fā) 也稱字組合觸發(fā)，它把邏輯分析儀各通道的信

10、號和預置的觸發(fā)字進行比較，當所有對應的各位都相同時，產生一次觸發(fā)。基本觸發(fā)包括以下一些方式： 觸發(fā)終止跟蹤方式； 觸發(fā)開始跟蹤方式； 中間觸發(fā)方式 ； 延遲觸發(fā) 第15頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四（2） 序列觸發(fā) 也稱多級觸發(fā) ，當采樣數據與某一預先設定的觸發(fā)字序列相符合時才觸發(fā)跟蹤，是為檢測復雜分支程序而設計的一種重要觸發(fā)方式 。 在兩級觸發(fā)中，最簡單、最常用的形式是使能觸發(fā)，又稱為引導觸發(fā)，為了有選擇地跟蹤特定數據流，可以利用發(fā)生某一條件作為允許觸發(fā)條件，只有當這一條件滿足后出現的觸發(fā)字才能產生觸發(fā)信號。 把兩級觸發(fā)和延遲觸發(fā)或和某種基本觸發(fā)結合起來，可構成多

11、種形式的兩極序列觸發(fā)。 第16頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四（3 ） 計數觸發(fā) 設立 “遍數計數器”，針對某次需觀察的循環(huán)進行跟蹤。（4） 跟蹤觸發(fā) 把被測系統(tǒng)的地址碼指定為觸發(fā)字，僅采集并存儲對應于這些指定地址的數據。（5） 觸發(fā)設定 給觸發(fā)字施加一定的限定條件，只有當限定條件為真時，才能識別觸發(fā)字，產生觸發(fā)。（6） 交互觸發(fā) 也稱鏈路觸發(fā)，指不同性質的分析通道之間的相互觸發(fā)。 第17頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四3 、 邏輯分析儀的顯示方式 邏輯分析儀提供了多種顯示數據的方式，以滿足實時數字系統(tǒng)硬件與軟件的測量和維修功能。主要的顯示方

12、式有以下幾種。（1）定時圖顯示 是以波形圖的形式將存儲器中的內容顯示在CRT屏幕上，顯示的是邏輯電平與時間的關系。由于顯示的不是被測點信號的實際波形，所以也稱為“偽波形”或“偽時域波形”。這種方式可將存儲器的全部內容按通道順序顯示出來，也可以改變通道順序顯示，以便于進行分析和比較。 第18頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四（2）狀態(tài)表顯示 可以以各種數制顯示地址和數據總線上的信息，用二進制數顯示控制總線和其它電路節(jié)點上的信息。邏輯狀態(tài)分析儀還能進行反匯編，把采集到的信息翻譯成各種微處理器匯編語言源程序。 第19頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四（

13、3） 圖解顯示方式 將CRT屏幕的X方向作為時間軸，將Y方向作為數據軸進行顯示的一種方式。將欲顯示的數字量通過DAC轉換式模擬量，將此模擬量按照存儲器中取出數字量的先后順序顯示在CRT屏幕上，形成一個圖像的點陣。如圖顯示的是一個簡單的BCD計數器的工作圖形。 第20頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四（4） 映像顯示方式 是把邏輯分析儀器的全部內容以點圖形式一次顯示出來。與圖解顯示不同，這種顯示方式是將每個存儲器字分為高位和低位兩部分，分別經由X、Y方向的DAC變換為模擬量，送入CRT的X通道和Y通道，則每個存儲器字點亮屏幕上的一個點。BCD計數器用映像圖顯示的結果如圖所

14、示。 第21頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四 若計數器有故障，則點圖形將發(fā)生變化，可以對照正確的映像圖，發(fā)現CRT顯示的波形是否正確。這種顯示方式的優(yōu)點是用戶能快速地確定數據流的正確性，比起逐行檢查狀態(tài)表要方便得多。用映像顯示方式也可觀察程序的運行情況。 上述四種顯示方式各具特點，可以互相補充使用。映像圖方式適宜對系統(tǒng)工作進行“全景檢查”，圖解顯示方式適宜對可疑區(qū)進行較仔細的檢查，狀態(tài)表可對故障區(qū)進行最仔細的研究。 第22頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四4、 定時方式 邏輯定時分析儀采用儀器內部時鐘采樣數據，能提供顯示邏輯狀態(tài)隨時間變化的偽波

15、形。 為了滿足分辨力和足夠長的觀察時間這兩個要求，通常選擇采樣時鐘頻率為被測系統(tǒng)數據速率的510倍。 為了避免誤觸發(fā)，邏輯定時分析儀中采用觸發(fā)濾波，對觸發(fā)識別信號進行時間濾波。 第23頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四邏輯定時分析儀的一個重要功能是檢測毛刺。所謂毛刺，是指在一個采樣周期內出現的極窄的尖鋒脈沖。檢測毛刺的一種方法是提高采樣頻率，相應地要增加存儲容量和提高存儲器工作速度。為了避免使用大容量的高速存儲器，大多數邏輯定時分析儀都有專門的毛刺檢測電路，用于捕捉毛刺的鎖定方式、毛刺方式以及毛刺觸發(fā)方式。 第24頁，共26頁，2022年，5月20日，11點54分，星期四5 、 邏輯分析儀的應用 數字系統(tǒng)工作過程中，經常會發(fā)生硬件和軟件故障。將系統(tǒng)的多路并行地址信號和數據信號分別接到邏輯分析儀的輸入探頭，用讀寫控制線作為邏輯分析儀的觸發(fā)信號，將正在運行的系統(tǒng)的地址線和數據線上的內容，通過邏輯分析儀顯示出來。顯示