測控技術(shù)第八章

測控技術(shù)第八章第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

時(shí)域、頻域和數(shù)據(jù)域測量的比較

在時(shí)域、頻域測量中，測量對(duì)象是未知的，其測量目的是得到信號(hào)或系統(tǒng)的特性。在數(shù)域測量中，測量的正確結(jié)果是已知的，測量目的是檢驗(yàn)系統(tǒng)工作是否正常，查找故障。

第2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月一、引言

數(shù)字系統(tǒng)所處理的是一些脈沖序列，多為二進(jìn)制信息、通常一般化地稱之為“數(shù)據(jù)”，因此，有關(guān)的測試分析也就稱為數(shù)據(jù)域測試分析。數(shù)據(jù)域測試就是對(duì)數(shù)字電路和系統(tǒng)進(jìn)行故障診查、定位和診斷。數(shù)字系統(tǒng)的測試錯(cuò)誤，大都屬于信號(hào)數(shù)據(jù)流的錯(cuò)誤，如狀態(tài)線沒有在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候出現(xiàn)，存儲(chǔ)器地址讀錯(cuò)、信息數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失信息比特等這類不正確數(shù)據(jù)系列產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

在數(shù)字集成電路中，特別是LSI和VLSI中，內(nèi)部電路規(guī)模龐大、十分復(fù)雜，而外部可觀測點(diǎn)（引腳）則甚少；常常不得不依靠少數(shù)外部測試點(diǎn)上所得的有限結(jié)果來推斷電路內(nèi)部所發(fā)生的復(fù)雜過程。此外，在數(shù)字系統(tǒng)中，除硬件故障會(huì)引起外部信息錯(cuò)亂之外，還可能由于軟件的問題而導(dǎo)致異常輸出。凡此種種因素．都給數(shù)字系統(tǒng)的測試和分析帶來極大困難，也因此形成了數(shù)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(dāng)?shù)臏y試和分析方法，以及相應(yīng)的測試儀器和系統(tǒng)。第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1、數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)一般為多路傳輸?shù)模蚨蠖嗦窚y試；數(shù)字信號(hào)是按時(shí)序傳遞的，測試要求測出時(shí)序和邏輯關(guān)系；數(shù)字信號(hào)按一定的格式、結(jié)構(gòu)和方式傳遞的脈沖信號(hào)；數(shù)字信號(hào)多數(shù)是單次、非周期的；測試儀要能捕獲、存儲(chǔ)、顯示所需的單次、非周期信號(hào)；數(shù)字信號(hào)的速度范圍寬；在擬定數(shù)據(jù)域測試方案設(shè)計(jì)、制造數(shù)據(jù)域測試儀器時(shí)，都應(yīng)考慮上述數(shù)字信號(hào)的特征。

第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2、數(shù)據(jù)域測試的基本方法與可測試性

數(shù)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，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(yīng)有的輸出結(jié)果。偽窮舉測試法——

把一個(gè)大電路劃分成數(shù)個(gè)子電路，對(duì)每個(gè)子電路進(jìn)行窮舉測試。

第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月隨機(jī)測試法——

隨機(jī)產(chǎn)生輸入可能的2n個(gè)組合數(shù)據(jù)流，對(duì)它們的輸出響應(yīng)進(jìn)行比較，根據(jù)測試結(jié)果，給出“合格/失效”指示。功能性測試

——

對(duì)微處理器的測試，包括對(duì)RAM的測試和對(duì)裸uP的測試是屬于子系統(tǒng)級(jí)的功能性測試。還有利用被測系統(tǒng)自身的應(yīng)用程序來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測試的方法，這類方法只對(duì)該系統(tǒng)的應(yīng)用所涉及的功能進(jìn)行測試，

第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

數(shù)字電路可測性的一個(gè)定義是：若對(duì)一數(shù)字電路產(chǎn)生和施加一組輸入信號(hào)，并在預(yù)定的測試時(shí)間和測試費(fèi)用范圍內(nèi)，達(dá)到預(yù)定的故障診斷要求，則說明該電路是可測的。可測性包括兩種特性：可控性和可觀察性。

第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月3、數(shù)據(jù)域測試儀器的分類

數(shù)據(jù)域測試儀器按其功能可分為三大類：節(jié)點(diǎn)測試器、邏輯分析儀和開發(fā)系統(tǒng)。節(jié)點(diǎn)測試器——

以節(jié)點(diǎn)信息為測試對(duì)象，通過分析，比較測試節(jié)點(diǎn)處的信息，診斷節(jié)點(diǎn)開路、短路和橋接等故障。邏輯分析儀——

以總線概念為基礎(chǔ)，能同時(shí)對(duì)多個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行測試。它能對(duì)邏輯電路、軟件的邏輯狀態(tài)進(jìn)行記錄和顯示，通過各種控制功能實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯系統(tǒng)的分析。微機(jī)開發(fā)系統(tǒng)——

對(duì)各種帶有微處理器的數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)域測試，不僅具有調(diào)試系統(tǒng)軟、硬件的各種功能，還能進(jìn)行實(shí)時(shí)仿真。

第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月二、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(gè)變量的數(shù)字系統(tǒng)的狀態(tài)，也能用匯編形式顯示數(shù)字系統(tǒng)的軟件，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)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(shí)分析儀和邏輯狀態(tài)分析儀。這兩類分析儀的基本結(jié)構(gòu)是相似的，主要區(qū)別表現(xiàn)在顯示方式和定時(shí)分式上。邏輯定時(shí)分析儀用時(shí)間關(guān)系圖顯示被測數(shù)據(jù)，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(shí)間關(guān)系。邏輯定時(shí)分析儀用來測試兩個(gè)系統(tǒng)之間的數(shù)字信號(hào)傳輸情況和時(shí)間關(guān)系。邏輯定時(shí)分析儀有內(nèi)部時(shí)鐘源，在內(nèi)部時(shí)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，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

邏輯狀態(tài)分析儀用狀態(tài)表顯示被測數(shù)據(jù)的邏輯狀態(tài)，它顯示直觀，能從大量的數(shù)碼中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)碼，便于進(jìn)行功能分析。邏輯狀態(tài)分析儀用來對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)分析，檢查在被測系統(tǒng)時(shí)鐘作用下的信息狀態(tài)，因此狀態(tài)分析儀內(nèi)部沒有時(shí)鐘源，它采用被測系統(tǒng)的時(shí)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(shù)邏輯分析儀同時(shí)具有定時(shí)分析和狀態(tài)分析的功能。第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1、邏輯分析儀的組成

第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月被測信號(hào)經(jīng)過多通道邏輯測試探頭形成并行數(shù)據(jù)，送至比較器，對(duì)輸入波形進(jìn)行整形。經(jīng)整形后的數(shù)據(jù)送至采樣器，在時(shí)鐘脈沖控制下進(jìn)行采樣。被采樣的信號(hào)按順序存放在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）中。觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生器按照給定的數(shù)據(jù)捕獲方式，在數(shù)據(jù)流中搜索特定的數(shù)據(jù)字，當(dāng)搜索到特定數(shù)據(jù)字時(shí)，產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)控制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，使它開始或停止存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，以便確定數(shù)據(jù)窗口。得到顯示命令后，按照先后順序逐一讀出數(shù)據(jù)，由CRT按設(shè)定的方式進(jìn)行被測量數(shù)據(jù)的顯示。第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2、邏輯分析儀的觸發(fā)方式

邏輯分析儀可以同時(shí)采集多路信號(hào)，以便于對(duì)被測系統(tǒng)正常運(yùn)行的數(shù)據(jù)流的邏輯狀態(tài)和各信號(hào)間的相互關(guān)系進(jìn)行觀測和分析。通常被測數(shù)據(jù)流是很長的，而存儲(chǔ)器的容量有限，并且用戶有時(shí)僅對(duì)長數(shù)據(jù)流中的某個(gè)片段感興趣。這個(gè)“數(shù)據(jù)片段”稱為觀察窗口。在邏輯分析儀中通過設(shè)定一個(gè)或一組數(shù)據(jù)字或事件來獲得觀察窗口。這種用于設(shè)定觀察窗口的數(shù)據(jù)字稱為觸發(fā)字；當(dāng)邏輯分析儀識(shí)別出被測數(shù)據(jù)流中的觸發(fā)字后，就開始采集并存儲(chǔ)在觀察窗口的數(shù)據(jù)，這稱為跟蹤；識(shí)別出觸發(fā)字而引起跟蹤的動(dòng)作稱為觸發(fā)。第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（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號(hào)和預(yù)置的觸發(fā)字進(jìn)行比較，當(dāng)所有對(duì)應(yīng)的各位都相同時(shí)，產(chǎn)生一次觸發(fā)?；居|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，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）序列觸發(fā)

也稱多級(jí)觸發(fā)，當(dāng)采樣數(shù)據(jù)與某一預(yù)先設(shè)定的觸發(fā)字序列相符合時(shí)才觸發(fā)跟蹤，是為檢測復(fù)雜分支程序而設(shè)計(jì)的一種重要觸發(fā)方式。在兩級(jí)觸發(fā)中，最簡單、最常用的形式是使能觸發(fā)，又稱為引導(dǎo)觸發(fā)，為了有選擇地跟蹤特定數(shù)據(jù)流，可以利用發(fā)生某一條件作為允許觸發(fā)條件，只有當(dāng)這一條件滿足后出現(xiàn)的觸發(fā)字才能產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。把兩級(jí)觸發(fā)和延遲觸發(fā)或和某種基本觸發(fā)結(jié)合起來，可構(gòu)成多種形式的兩極序列觸發(fā)。

第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）計(jì)數(shù)觸發(fā)

設(shè)立“遍數(shù)計(jì)數(shù)器”，針對(duì)某次需觀察的循環(huán)進(jìn)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(chǔ)對(duì)應(yīng)于這些指定地址的數(shù)據(jù)。（5）觸發(fā)設(shè)定

給觸發(fā)字施加一定的限定條件，只有當(dāng)限定條件為真時(shí)，才能識(shí)別觸發(fā)字，產(chǎn)生觸發(fā)。（6）交互觸發(fā)

也稱鏈路觸發(fā)，指不同性質(zhì)的分析通道之間的相互觸發(fā)。

第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月3、邏輯分析儀的顯示方式

邏輯分析儀提供了多種顯示數(shù)據(jù)的方式，以滿足實(shí)時(shí)數(shù)字系統(tǒng)硬件與軟件的測量和維修功能。主要的顯示方式有以下幾種。（1）定時(shí)圖顯示

是以波形圖的形式將存儲(chǔ)器中的內(nèi)容顯示在CRT屏幕上，顯示的是邏輯電平與時(shí)間的關(guān)系。由于顯示的不是被測點(diǎn)信號(hào)的實(shí)際波形，所以也稱為“偽波形”或“偽時(shí)域波形”。這種方式可將存儲(chǔ)器的全部內(nèi)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(jìn)行分析和比較。

第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）狀態(tài)表顯示

可以以各種數(shù)制顯示地址和數(shù)據(jù)總線上的信息，用二進(jìn)制數(shù)顯示控制總線和其它電路節(jié)點(diǎn)上的信息。邏輯狀態(tài)分析儀還能進(jìn)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，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）圖解顯示方式

將CRT屏幕的X方向作為時(shí)間軸，將Y方向作為數(shù)據(jù)軸進(jìn)行顯示的一種方式。將欲顯示的數(shù)字量通過DAC轉(zhuǎn)換式模擬量，將此模擬量按照存儲(chǔ)器中取出數(shù)字量的先后順序顯示在CRT屏幕上，形成一個(gè)圖像的點(diǎn)陣。如圖顯示的是一個(gè)簡單的BCD計(jì)數(shù)器的工作圖形。

第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）映像顯示方式

是把邏輯分析儀器的全部內(nèi)容以點(diǎn)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(gè)存儲(chǔ)器字分為高位和低位兩部分，分別經(jīng)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(gè)存儲(chǔ)器字點(diǎn)亮屏幕上的一個(gè)點(diǎn)。BCD計(jì)數(shù)器用映像圖顯示的結(jié)果如圖所示。第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

若計(jì)數(shù)器有故障，則點(diǎn)圖形將發(fā)生變化，可以對(duì)照正確的映像圖，發(fā)現(xiàn)CRT顯示的波形是否正確。這種顯示方式的優(yōu)點(diǎn)是用戶能快速地確定數(shù)據(jù)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(yùn)行情況。上述四種顯示方式各具特點(diǎn)，可以互相補(bǔ)充使用。映像圖方式適宜對(duì)系統(tǒng)工作進(jìn)行“全景檢查”，圖解顯示方式適宜對(duì)可疑區(qū)進(jìn)行較仔細(xì)的檢查，狀態(tài)表可對(duì)故障區(qū)進(jìn)行最仔細(xì)的研究。第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月4、定時(shí)方式

邏輯定時(shí)分析儀采用儀器內(nèi)部時(shí)鐘采樣數(shù)據(jù)，能提供顯示邏輯狀態(tài)隨時(shí)間變化的偽波形。為了滿足分辨力和足夠長的觀察時(shí)間這兩個(gè)要求，通常選擇采樣時(shí)鐘頻率為被測系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率的5~10倍。為了避免誤觸發(fā)，邏輯定時(shí)分析儀中采用觸發(fā)濾波，對(duì)觸發(fā)識(shí)別信號(hào)進(jìn)行時(shí)間濾波。

第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月邏輯定時(shí)分析儀的一個(gè)重要功能是檢測毛刺。所謂毛刺，是指在一個(gè)采樣周期內(nèi)出現(xiàn)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(yīng)地要增加存儲(chǔ)容量和提高存儲(chǔ)器工作速度。為了避免使用大容量的高速存儲(chǔ)器，大多數(shù)邏輯定時(shí)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，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月5、邏輯分析儀的應(yīng)用

數(shù)字系統(tǒng)工作過程中，經(jīng)常會(huì)發(fā)生硬件和軟件故障。將系統(tǒng)的多路并行地址信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)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(hào)，將正在運(yùn)行的系統(tǒng)的地址線和數(shù)據(jù)