第10章數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)內(nèi)容提要

介紹數(shù)據(jù)域測(cè)試的特點(diǎn)和數(shù)字系統(tǒng)的故障描述；說(shuō)明數(shù)據(jù)域測(cè)試的基本方法；對(duì)常用的數(shù)據(jù)域測(cè)試儀器邏輯筆、邏輯分析儀的電路構(gòu)成和工作原理進(jìn)行分析，并介紹數(shù)據(jù)域測(cè)試儀器的使用和測(cè)試方法。

重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：邏輯筆、邏輯分析儀的工作原理，使用數(shù)據(jù)域測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試的方法。難點(diǎn)：邏輯分析儀的觸發(fā)和顯示方式。

10.1概述

數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)中被測(cè)系統(tǒng)的信息載體主要是二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。數(shù)據(jù)域測(cè)試技術(shù)主要解決數(shù)字設(shè)備、計(jì)算機(jī)及LSI、VLSI電路在研制、生產(chǎn)和檢修中的測(cè)試問(wèn)題。10.1.1數(shù)據(jù)域測(cè)試的基本概念1．?dāng)?shù)據(jù)域測(cè)試特點(diǎn)被測(cè)信號(hào)持續(xù)時(shí)間短。被測(cè)信號(hào)故障定位難。被測(cè)信號(hào)的非周期性。信息傳遞方式多樣化。外部測(cè)試點(diǎn)少。2．?dāng)?shù)據(jù)域測(cè)試主要目標(biāo)

數(shù)據(jù)域測(cè)試的目標(biāo)，一是確定系統(tǒng)中是否存在故障，稱(chēng)為合格/失效測(cè)試，或稱(chēng)故障檢測(cè)；二是確定故障的位置，稱(chēng)為故障定位。

3．?dāng)?shù)據(jù)域測(cè)試的方法對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的基本方法是：從輸入端加激勵(lì)信號(hào)，觀察由此產(chǎn)生的輸出響應(yīng)，并與預(yù)期的正確結(jié)果進(jìn)行比較，一致則表示系統(tǒng)正常；不一致表示系統(tǒng)有故障。一般有窮舉測(cè)試法功能測(cè)試法結(jié)構(gòu)測(cè)試法隨機(jī)測(cè)試法4．?dāng)?shù)據(jù)域測(cè)試的步驟一般分三個(gè)階段進(jìn)行：測(cè)試生成測(cè)試評(píng)價(jià)測(cè)試實(shí)施LSI測(cè)試系統(tǒng)的簡(jiǎn)化框圖

計(jì)算機(jī)時(shí)鐘發(fā)生器圖形發(fā)生器被測(cè)電路實(shí)效存儲(chǔ)器邏輯比較器驅(qū)動(dòng)器波形合成器電平比較器測(cè)試系統(tǒng)總線(xiàn)測(cè)試程序輸入測(cè)試結(jié)果輸出參考電壓5．?dāng)?shù)據(jù)域測(cè)試主要設(shè)備

數(shù)據(jù)域測(cè)試的主要設(shè)備有：邏輯筆和邏輯夾、邏輯分析儀、特征分析儀、激勵(lì)儀器、微機(jī)及數(shù)字系統(tǒng)故障診斷儀、在線(xiàn)仿真儀、數(shù)據(jù)圖形產(chǎn)生器、微型計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、印制電路板測(cè)試系統(tǒng)等。邏輯筆邏輯分析儀模塊化邏輯分析儀10.1.2數(shù)字系統(tǒng)故障和故障模型1．失效和故障的定義當(dāng)系統(tǒng)提供的服務(wù)違背了技術(shù)規(guī)范，或者偏離了其預(yù)定功能時(shí)，表示系統(tǒng)已失效。

失效的根源是故障，但故障并不等于失效。2．發(fā)生故障的原因一類(lèi)是由設(shè)計(jì)原因引起，它包括設(shè)計(jì)規(guī)范有錯(cuò)誤或含糊不清、設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了違背規(guī)范的設(shè)計(jì)等，這類(lèi)故障主要依靠設(shè)計(jì)人員通過(guò)邏輯正確性驗(yàn)證來(lái)消除。另一類(lèi)故障是由物理原因引起的，稱(chēng)為物理故障。例如在制造期間焊點(diǎn)開(kāi)路、接線(xiàn)開(kāi)路和短路、管腳短路和斷裂等；在存儲(chǔ)期間由于溫度、濕度和老化等因數(shù)引起的故障。3．故障特征的描述故障性質(zhì)故障的值故障的范圍故障的持續(xù)時(shí)間4.常見(jiàn)故障模型固定故障模型晶體管故障模型門(mén)級(jí)故障模型功能塊級(jí)故障模型存儲(chǔ)故障模型可編程邏輯陣列故障模型微處理器故障模型臨時(shí)故障模型10.2邏輯電路的簡(jiǎn)易測(cè)試對(duì)于一般的邏輯電路，如分立元件、中小規(guī)模集成電路及數(shù)字系統(tǒng)的部件，可以利用示波器、邏輯筆、邏輯比較器和邏輯脈沖發(fā)生器等簡(jiǎn)單而廉價(jià)的數(shù)據(jù)域測(cè)試儀器進(jìn)行測(cè)試。10.2.1邏輯電平測(cè)試設(shè)備1．邏輯筆的基本組成圖

輸入保護(hù)電路高電平比較器低電平比較器低電平脈沖擴(kuò)展高電平脈沖擴(kuò)展被測(cè)信號(hào)輸入指示驅(qū)動(dòng)電路

低電平指示燈高電平指示燈+5V2．邏輯筆的應(yīng)用(1)邏輯筆可用于判斷某一端點(diǎn)的邏輯狀態(tài)。（2）邏輯筆的選通脈沖只有選通脈沖到來(lái)后，邏輯筆才工作，此時(shí)紅燈有指示。10.3邏輯分析儀10.3.1概述

邏輯分析儀對(duì)于數(shù)據(jù)有很強(qiáng)的選擇能力和跟蹤能力，能滿(mǎn)足數(shù)字域測(cè)試的各種要求，是數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行邏輯分析的重要工具。1．邏輯分析儀的主要特點(diǎn)

以熒光屏顯示的方式表示出數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行情況，便于觀察。有足夠多的輸入通道，可同時(shí)檢查32、64路甚至更多路信號(hào)。具有多種靈活的觸發(fā)方式，確保對(duì)被觀察數(shù)據(jù)流的準(zhǔn)確定位。具有記憶功能，可以觀測(cè)單次及非周期性數(shù)據(jù)信息，并可診斷隨機(jī)故障。具有限定功能，可對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行挑選，刪除無(wú)關(guān)數(shù)據(jù)。具有多種顯示方式。如可用字符、助記符、匯編語(yǔ)言顯示程序；用二進(jìn)制、八進(jìn)制、十進(jìn)制、ASCⅡ碼等顯示數(shù)據(jù)；用定時(shí)圖顯示信息之間的時(shí)序。具有可靠的毛刺檢測(cè)能力。2．邏輯分析儀的分類(lèi)邏輯分析儀按其工作特點(diǎn)，可分為兩大類(lèi)。邏輯狀態(tài)分析儀主要用于檢測(cè)數(shù)字系統(tǒng)的工作程序。并用字符“0”和“1”、助記符或映射圖等來(lái)顯示被測(cè)信號(hào)的邏輯狀態(tài)，其狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集與被測(cè)系統(tǒng)同步工作，邏輯狀態(tài)分析儀主要用于系統(tǒng)的軟件測(cè)試。邏輯定時(shí)分析儀用定時(shí)圖方式顯示狀態(tài)信息，可顯示各通道的邏輯波形，特別是各通道之間波形的時(shí)序關(guān)系。邏輯定時(shí)分析儀與被測(cè)系統(tǒng)異步工作，主要用于數(shù)字系統(tǒng)的硬件測(cè)試。3．邏輯分析儀與傳統(tǒng)示波器的比較10.3.2邏輯分析儀的基本組成

邏輯分析儀的基本結(jié)構(gòu)方框如下圖所示

輸入變換電路數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)鐘選擇觸發(fā)產(chǎn)生被測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示電路數(shù)據(jù)顯示部分CRT數(shù)據(jù)捕獲部分外時(shí)鐘內(nèi)時(shí)鐘10.3.3邏輯分析儀的觸發(fā)方式

1．組合觸發(fā)

組合觸發(fā)也稱(chēng)基本觸發(fā)，即將邏輯分析儀各通道的信號(hào)與各通道預(yù)置的觸發(fā)字進(jìn)行比較，當(dāng)一一對(duì)應(yīng)的各位相同時(shí)，則產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)。

2．手動(dòng)觸發(fā)

在測(cè)量時(shí)，利用手動(dòng)觸發(fā)方式可以在任何時(shí)候加以觸發(fā)或強(qiáng)制顯示測(cè)量數(shù)據(jù)。

3．延遲觸發(fā)

即在觸發(fā)產(chǎn)生時(shí)不立即跟蹤，而是經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的延遲才跟蹤。

4．序列觸發(fā)

由多個(gè)觸發(fā)字按預(yù)先確定的關(guān)系排列，只有當(dāng)被測(cè)試的程序按觸發(fā)字的先后次序出現(xiàn)時(shí)，才能產(chǎn)生一次觸發(fā)。5．限定觸發(fā)限定觸發(fā)是對(duì)設(shè)置的觸發(fā)字加限定條件的觸發(fā)方式。6．計(jì)數(shù)觸發(fā)采用計(jì)數(shù)的方法，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到預(yù)置值時(shí)才產(chǎn)生觸發(fā)。7．毛刺觸發(fā)毛刺觸發(fā)是利用濾波器從信號(hào)中取出一定寬度的干擾脈沖作為觸發(fā)信號(hào)，然后存儲(chǔ)毛刺出現(xiàn)前后的數(shù)據(jù)流，以利于觀察和尋找由于外界干擾而引起的數(shù)字電路誤動(dòng)作的現(xiàn)象和原因。10.3.4邏輯分析儀的顯示方式

1．狀態(tài)表顯示狀態(tài)表顯示是采用各種數(shù)制以表格形式顯示狀態(tài)信息。通常用十六進(jìn)制數(shù)顯示地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的信息，用二進(jìn)制顯示控制總線(xiàn)和其它電路接點(diǎn)上的信息。地址（HEX）數(shù)據(jù)（HEX）狀態(tài)（BIN）

28503411010

28517F01011

28529D11000

2853AC00111

┆┆┆2．反匯編顯示

地址數(shù)據(jù)操作碼操作數(shù)

2000214200LDHL2042H

20030604LDB04H

200597SUBA

200623INCHL

┆┆┆┆3．定時(shí)圖顯示

定時(shí)圖顯示把已存入存儲(chǔ)器內(nèi)的數(shù)據(jù)按時(shí)間變化的偽波形顯示出來(lái)，它以邏輯電平表示波形圖。圖10.7為三-八譯碼器輸出信號(hào)的定時(shí)圖，對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)的第一個(gè)有效數(shù)字為01111111。

4．圖解顯示圖解顯示是利用D/A轉(zhuǎn)換器，將要顯示的數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬量，以類(lèi)似于示波器的X-Y模式顯示，X軸表示數(shù)據(jù)出現(xiàn)的實(shí)際順序，Y軸表示數(shù)據(jù)通道的模擬數(shù)值，刻度可由用戶(hù)設(shè)定，但是它形成的是圖像點(diǎn)陣。圖10.8顯示的是一個(gè)簡(jiǎn)單的BCD十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的工作波形。圖10.9顯示程序的執(zhí)行情況。

5．影射圖顯示

影射圖顯示把每個(gè)數(shù)據(jù)與屏幕上的每個(gè)光點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)。如果數(shù)據(jù)是8位，則可把屏幕左上角的光點(diǎn)用“00”表示，右下角的光點(diǎn)用“FFH”表示，其它光點(diǎn)按從左到右、從上到下、由小到大的規(guī)律分布在屏幕上。下圖為六個(gè)數(shù)據(jù)的影射圖

6．分解模塊顯示

高層次的邏輯分析儀可設(shè)置多個(gè)顯示模式。如將一個(gè)屏幕分成兩個(gè)窗口顯示，上窗口顯示該處理器在同一時(shí)刻的定時(shí)圖；下窗口顯示經(jīng)反匯編后的微處理器的匯編語(yǔ)言源程序。10.3.5邏輯分析儀的基本應(yīng)用

1.邏輯分析儀的面板圖和主要控鍵定時(shí)圖窗口:該窗口用于顯示各通道的輸入數(shù)據(jù)的邏輯電平，并標(biāo)出各電平值。圖形操作按鈕組:該組包括7個(gè)按鈕，上方4個(gè)分別用于上、下、左、右移動(dòng)定時(shí)圖，下方3個(gè)分別用于把圖形放大、縮小，或恢復(fù)原狀。焦點(diǎn)移動(dòng)按鈕組:這組按鈕包括4個(gè)按鈕，其中四個(gè)分別用于上、下、左、右移動(dòng)定時(shí)圖窗口中的焦點(diǎn)，或出現(xiàn)在定時(shí)圖窗口中的設(shè)置界面的焦點(diǎn)。采樣按鈕組:這組按鈕包括兩個(gè)按鈕：“設(shè)置”、“手動(dòng)觸發(fā)”。數(shù)據(jù)輸入按鈕組:這組共有16個(gè)按鈕，分別為‘1’～‘9’和‘A’～‘F’，用于讓用戶(hù)向邏輯分析儀輸入數(shù)據(jù)。光標(biāo)移動(dòng)按鈕組:這組共有3個(gè)按鈕，分別用于左右移動(dòng)X、Y、T光標(biāo)。啟動(dòng)/停止按鈕組:這組共有三個(gè)按鈕：“單次”、“連續(xù)”、“停止”。電源按鈕:系統(tǒng)開(kāi)機(jī)與電源指示。2．?dāng)?shù)字系統(tǒng)軟件測(cè)試主要是跟蹤數(shù)據(jù)流，有選擇地捕獲有效數(shù)據(jù)，即如何設(shè)置正確的觸發(fā)字和觸發(fā)方式，建立合適的數(shù)據(jù)顯示窗口。

邏輯分析儀具有多個(gè)輸入通道，可同時(shí)將微處理器的數(shù)據(jù)總線(xiàn)、地址總線(xiàn)和控制總線(xiàn)的信息進(jìn)行采集、顯示，從而得出其定時(shí)關(guān)系。3．微處理器測(cè)試4．測(cè)試數(shù)字集成電路5．?dāng)?shù)字系統(tǒng)故障診斷一般在對(duì)數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和故障診斷時(shí)，可以利用圖象顯示快速而全面地