Tester układów cyfrowych.pdf

rojekty AVT

VVT

Tester układów cyfrowych

2096

“W przypadku użycia sprawdzonych

elementów układ pracuje od razu

poprawnie i nie wymaga...” Takie

sformułowanie znajdujemy

w większości opisów montażu

i uruchamiania urządzeń

elektronicznych. Tylko kto i jak ma te

elementy sprawdzić? Być może

powinno to być zadanie producenta,

ale żaden nie robi tego i nigdy nie

dojdzie do testowania wszystkich

wyprodukowanych standardowych

układów. Jest to możliwe jedynie

w przypadku produkcji elementów

do celów specjalnych, np.

militarnych czy przeznaczonych do

pracy w kosmosie. A zatem to

sprzedawca powinien sprawdzić

wszystkie oferowane podzespoły?

Nonsens, wymagałoby to

zatrudnienia sztabu ludzi i użycia

kosztownego, wyspecjalizowanego

sprzętu pomiarowego i za to

wszystko zapłaciłbyś Ty, drogi

Czytelniku.

Tak więc, musimy pogodzić się z fak−

tem, że wśród wyrobów nawet najbar−

dziej renomowanych producentów mo−

gą trafić się uszkodzone kostki. Więcej,

jeżeli budujemy dużo urządzeń elektro−

nicznych, to zgodnie z teorią prawdopo−

dobieństwa możemy mieć całkowitą

pewność, że prędzej czy później taka

kostka trafi w nasze ręce. Ponadto częs−

to w praktyce amatorskiej wykorzystuje−

my elementy niepełnowartościowe, ku−

pione na wyprzedażach lub nawet części

pochodzące z demontażu uszkodzonych

lub przestarzałych urządzeń elektronicz−

nych. W takim przypadku możliwość na−

potkania niesprawnego układu scalone−

go wielokrotnie wzrasta.

Jeżeli uszkodzony element zamonto−

waliśmy w podstawce, to sytuacja nie

jest jeszcze najgorsza − sam się spraw−

dzi! Jeżeli jednak niesprawny układ zo−

stał wlutowany bezpośrednio w płytkę (a

w szczególności w płytkę dwuwarstwo−

wą), to sprawa jest niewesoła. Bez dob−

rego odsysacza i sporej wprawy mamy

nikłe szanse na wylutowanie kostki bez

uszkodzenia płytki. Ponadto, nieraz trud−

no ustalić, który układ scalony w syste−

mie jest niesprawny. Tak więc wydaje

się być koniecznością chwili zbudowanie

prostego urządzenia pozwalającego na

orientacyjne sprawdzenie jakości za−

kupionych układów scalonych i wyeli−

minowanie niesprawnych elemen−

tów. Zdecydowaliśmy się więc na budo−

wę testera układów cyfrowych.

Założenia konstrukcyjne

1. Urządzenie powinno pozwalać na

przetestowanie większości układów cyf−

rowych CMOS i TTL.

2. Ze względu na chęć ograniczenia

wymiarów urządzenia i kosztów wyko−

nania ograniczymy się do możliwości

testowania układów w obudowach DIL,

maksymalnie 18−końcówkowych. Ukła−

dy cyfrowe w większych obudowach

używamy stosunkowo rzadko, a i tak

najczęściej są to kostki trudne do prze−

testowania w tak prostym urządzeniu.

3. Układ musi dawać możliwość dołą−

czenia do dowolnych nóżek badanej kos−

tki napięć zasilających i ustawienie na

dowolnych końcówkach stanów logicz−

nych “1” lub “0”.

4. Układ musi umożliwiać badanie sta−

nów logicznych na co najmniej czterech

końcówkach sprawdzanego układu jed−

nocześnie.

5. Ponieważ w nielicznych układach

cyfrowych występuje konieczność dołą−

czania z zewnątrz elementów dyskret−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/96

rojekty A

Projekty A

Projekty A

rojekty AVT

VVT

Rys. 1. Schemat ideowy testera.

rysunku 1, ale odpo−

wiedź na pytanie “Jak to działa?” jest

tym razem trudna. Dlaczego? Bo to urzą−

dzenie właściwie... nie działa! W prze−

ciwieństwie do większości układów

elektronicznych nie jest ono zdolne do

samodzielnego wykonywania jakichkol−

wiek funkcji użytkowych, do dawania ja−

kichkolwiek oznak życia. Jakakolwiek ak−

tywność układu rozpoczyna się dopiero

po włożeniu kostki przeznaczonej do tes−

towania do podstawki i rozpoczęcia reali−

zacji właściwego dla niej algorytmu tes−

towania. Tak więc sposobów działania

urządzenia jest tyle, ile produkuje się róż−

nych cyfrowych układów scalonych, czy−

li raczej sporo.

Jedynym elementem aktywnym tes−

tera jest generator zrealizowany na tak

ukochanym przez autora układzie scalo−

nym NE555. Ukochanym czy nie, ale

umożliwia on w tym wypadku zbudowa−

nie najprostszego z możliwych generato−

ra. Częstotliwość jego pracy możemy

w szerokich granicach zmieniać za po−

mocą doboru wartości rezystora R10 i/

rysunku 1

lub kondensatora C1. Z wartościami po−

kazanymi na schemacie wynosi ona ok.

1Hz, co wydaje się być wartością opty−

malną do przeprowadzenia większości

testów. Dioda świecąca D5 sygnalizuje

pracę generatora i z grubsza informuje

o jego częstotliwości pracy. Za pomocą

jumpera JP1 możemy zmieniać tryb pra−

cy generatora z multistabilnego na mo−

nostabilny. W położeniu JP1 takim, jakie

pokazano na schemacie (pozycja “C”)

generator wytwarza ciąg impulsów pros−

tokątnych, których generacje możemy

w każdej chwili przerwać za pomocą

przycisku P1. W przeciwnej pozycji,

oznaczonej na schemacie i płytce literą

“I” generator po naciśnięciu przycisku

P1 wytwarza pojedynczy impuls o czasie

trwania określonym rezystancją R10

i pojemnością C1. Wybór trybu pracy ge−

neratora zależy od typu badanego ukła−

du.

Obok generatora widzimy cztery ze−

społy: dioda LED oraz tranzystor sterują−

cy wraz z rezystorami pomocniczymi.

Służą one do sprawdzania wartości sta−

nów logicznych na maksymalnie czte−

rech wyjściach badanego układu scalo−

nego.

Tester wymaga dołączenia napięcia

zasilania właściwego dla typu badanego

układu scalonego. Dla układów rodziny

TTL będzie to oczywiście napięcie

5VDC, a dla CMOS − dowolne napięcie

z przedziału 3...18VDC.

Montaż i uruchomienie

Z montażem tak prostego urządzenia

nie będziemy mieli z pewnością naj−

mniejszych kłopotów. Jedynie wlutowa−

nie w płytkę sporej ilości goldpinów oka−

że się z pewnością nieco nużącą czyn−

nością. Na stronie opisowej płytki

umieszczono wiele napisów odnoszą−

cych się do funkcji pełnionych przez ko−

lejne rzędy goldpinów. Aby nie zmniej−

szać czytelności tego opisu, tym razem

zrezygnowano z umieszczenia na over−

lay'u oznaczeń elementów. Jest to pew−

nym utrudnieniem przy montażu, ale ze

względu na małą ilość elementów nie

powinno to nikomu sprawić większego

kłopotu. Uwagę należy zwrócić na jakość

podstawki pod testowane układy. Ponie−

waż z założenia mocowane w niej kostki

będą ustawicznie zmieniane, a wymiana

podstawki wlutowanej w dwustronna

płytkę jest trudna, to od jakości tej pod−

stawki w decydujący sposób zależeć bę−

dzie ewentualna awaryjność urządzenia.

Godny polecenia wydaje się być nastę−

pujący sposób rozwiązania problemu:

w płytkę wlutowujemy podstawkę na−

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/96

rojekty A

nych (kondensatorów czy rezystorów),

urządzenia musi zapewniać taką możli−

wość.

Jak to działa?

Schemat elektryczny testera został

przedstawiony na rysunku 1

rysunku 1

rojekty AVT

VVT

WYKAZ ELEMENTÓW

Kondensatory

C1: 10µF/25V

C3: 100µF/25V lub 47µF/25V

C2, C4: 100nF

Rezystory

R1, R2, R3, R4, R9: 560 W

R5, R6, R7, R8: 10k W

R10: 33k W

R11: 56k W

R12: 1M W

Półprzewodniki

D1, D2, D3, D4, D5: diody LED

f 5mm (jedna odmiennego koloru)

T1, T2, T3, T4: BC548 lub

odpowiednik

U1: NE555

Różne

Rys. 2. Rozmieszczenie elementów na płytce drukowanej.

wet dość przeciętnej jakości. Następnie

umieszczamy w niej drugą, identyczną

podstawkę i dopiero w niej umieszcza−

my badane układy. To rozwiązanie posia−

da dwie zalety: umożliwia bardzo prostą

wymianę zużytej lub uszkodzonej pod−

stawki oraz ułatwia wyjmowanie bada−

nych układów scalonych, ponieważ zna−

jdują się one w pewnej odległości od

płytki i wmontowanej w nią elementów.

Aby podczas wyjmowania badanego

układu podstawki nie rozłączały się, pro−

ponujemy połączenie ich dwoma obe−

jmami wykonanymi z drutu lub odcin−

ków cienkiej srebrzanki. Punkty przezna−

czone do przylutowania tych elementów

oznaczone są na płytce literami “X”,

a szkic proponowanego rozwiązania wi−

dzimy na rysunku 3

ny licznik CMOS 4518, a właściwie je−

den z liczników zawartych w tym ukła−

dzie. Dlatego też w tabelkach nie uwz−

ględniono wyprowadzeń związanych

z drugim licznikiem znajdującym się

w kostce.

W pierwszej kolejności dołączamy za−

silanie do badanego układu. Zwieramy za

pomocą jumperów nóżkę 8 kostki z mi−

nusem zasilania, a nóżkę 16 z szyną do−

prowadzającą dodatni biegun zasilania.

Wyjścia licznika łączymy jumperami

z szynami doprowadzającymi sygnał do

baz tranzystorów sterujących diodami

LED. Licznik będzie zliczał impulsy po−

chodzące z generatora multistabilnego,

ręczne podawanie kolejnych impulsów

nie miałoby wielkiego sensu. Tak więc

jumper sterujący trybem pracy generato−

ra ustawiamy w położeniu oznaczonym

na płytce literą “C”. Następnie wykonu−

jemy trzy testy, które pozwolą nam prze−

konać się ponad wszelką wątpliwość

o wartości badanej kostki.

Test 1

Ponieważ stanem aktywnym wejścia

zerującego jest stan wysoki, zwieramy

za pomocą jumpera nóżkę 7 (RESET)

układu z masą zasilania. Stanem aktyw−

nym wejścia zezwalającego na pracę

licznika jest stan wysoki, a więc pin EN

Różne

P1: przycisk typu microswitch

Z1: ARK2

AUX: 2 goldpiny

JP1: 3 goldpiny

20 jumperów

Goldpiny jednorzędowe proste, 18

szt. po 16 pinów

rysunku 3.

Ciekawość Czytelników zwróciły już

z pewnością trzy otwory o średnicy

3mm umieszczone pod podstawką.

Umożliwiają one wykonanie prostej kon−

strukcji ułatwiającej wyjmowanie kostek

z podstawki. Element przedstawiony

także na rys. 3 i elegancko nazwany

“wypychaczem” możemy wykonać

z dwóch śrubek M3 i kawałków przyluto−

wanego do nich laminatu lub blachy.

Jak posługiwać się

testerem?

Przejdźmy teraz do najważniejszego:

jak tym się posługiwać?. Jak już powie−

dziano, sposób działania testera jest

ściśle uzależniony od rodzaju badanego

układu i najlepszą metodą zapoznania

się z zasadą jego działania będzie przea−

nalizowanie konkretnego przykładu testu

układu scalonego. Mającym mniejsze

doświadczenie Kolegom polecamy uło−

żenie sobie specjalnej tabelki, zawierają−

cej algorytm testowania konkretnego

układu. Przykład takiej tabelki widzimy

na rysunku 4

rysunku 4. Badaniu poddamy popular−

Rys. 3. Połączenie podstawek.

Rys. 4. Tabele testowe.

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/96

rojekty A

Projekty A

WYKAZ ELEMENTÓW

Kondensatory

Rezystory

Półprzewodniki

Różne

rysunku 3

rysunku 4

rojekty AVT

VVT

A B C D

(Enable) zwieramy z plusem zasilania.

Sygnał z generatora doprowadzamy do

wejścia CLK (pin 1). Po włączeniu zasila−

nia obserwujemy stan diod świecących.

Powinny się one zapalać w cyklu pokaza−

nym na rysunku 5

jak przy poprzednim teście, z tym ze te−

raz zmiany wyjść licznika odbywają się

w momencie przejścia opadającego zbo−

cza każdego impulsu zegarowego.

Test 3

Pozostało nam jeszcze sprawdzenie

wejścia zerującego licznika. Zamiast do

masy dołączamy to wejście (pin 7) do

plusa zasilania. Licznik powinien prze−

stać reagować na sygnał zegarowy i żad−

na z diod nie powinna się świecić.

Teraz już ze spokojnym sumieniem

możemy umieścić sprawdzoną kostkę

w budowanym urządzeniu. Ze spokoj−

nym sumieniem? A co z drugą połówką

kostki, bliźniaczym licznikiem umieszczo−

nym w tej samej strukturze? Niestety,

przypadki uszkodzenia jednej tylko po−

łówki kostki a nawet pojedynczej bramki

zdarzają się aż nadto często. Tak więc

musimy sprawdzić także drugi licznik!

Algorytm postępowania przy kolejnych

testach zechcą już sobie ułożyć sami

Czytelnicy.

Wspominaliśmy już o możliwości tes−

towania układów cyfrowych wymagają−

cych dołączenia zewnętrznych elemen−

tów dyskretnych (np. 74121, 74123).

Aby to uczynić musimy zaopatrzyć się

w pewną ilość odpowiednio spreparo−

wanych elementów: kilka rezystorów

o różnej wartośni, porę ko densatorów

elektrolitycznych i bipolarnych i ze dwie

diody małej mocy. Do wszystkich tych

elementów przylutowujemy wtyczki wy−

konane z rozebranego “żeńskiego” złą−

cza, choćby z wtyku drukarkowego. Tak

zakończone elementy dadzą się z łat−

wością dołączyć do goldpinów testera.

Czy jednak na pewno jest to tylko tester

układów cyfrowych? Bynajmniej, już te−

raz widzimy że za pomocą tego urządze−

nia możemy sprawdzić także wiele pros−

tych układów analogowych. W opisie

układu zapomnieliśmy wspomnieć o jed−

nym szeregu goldpinów i wejściu ozna−

czonych na schemacie i płytce jako AUX.

Do tego wejścia (lub wyjścia) możemy

podłączyć dowolne zewnętrzne urządze−

nie dodatkowe, np. woltomierz.

Tak więc wykonaliśmy nie tylko tes−

ter cyfrowych układów scalonych, ale

dość uniwersalne urządzenie do testo−

wania różnych układów, a także mogące

posłużyć do konstruowania prostych

układów próbnych czy dokonywania eks−

perymentów z układami scalonymi.

Nasz tester jest jednocześnie jakby pros−

tą płytką uniwersalną, na której możemy

sprawdzić niektóre swoje pomysły. Ko−

lejnym zastosowaniem układu jest z całą

pewnością dydaktyka. Bo co innego ro−

biliśmy podczas przykładowego testo−

wania licznika 4518 jak nie uczyliśmy się

zasad jego działania?

rysunku 5. Czytelnicy zapewne

wiedzą, jaki kod wyświetlany jest przez

te diody? Tak więc tylko dla zupełnie po−

czątkujących przypominamy, że jest to

kod BCD (Binary Coded Decimal) obrazu−

jący w systemie binarnym kolejne cyfry

systemu dziesiętnego. Jeżeli diody zapa−

lają się zgodnie z rys. 5 to możemy już

mieć prawie całkowitą pewność, że ba−

dany układ jest sprawny. Prawie...

a więc na wszelki wypadek wykonajmy

jeszcze dwa testy.

Test 2

Sprawdzimy teraz działanie wejścia

EN (Enable) układu. W liczniku 4518 we−

jście to może być wykorzystywane także

jako wejście zegarowe, reagujące na

opadające zbocze sygnału. Zwieramy

wejście zegarowe do masy, a do wejścia

EN (pin 2) dołączamy sygnał zegarowy.

Reakcja układu powinna być identyczna

Rys. 5. Tabele stanów diod LED.

Zbigniew Raabe

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 8/96

rojekty A

Projekty A

rysunku 5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: