专利名称：数字逻辑电路故障检测仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于检测数字逻辑电路故障的检测装置。
北京无线电技术研究所从美国FLUK公司引进的9010A微系统故障检测仪，其目的是专为检修微型计算机，个人计算器，智能仪器，等微系统。它由带键盘、显示器的主机和小型盒式磁带机、故障检测探头构成，并配有接口盒。该机的不足之处是结构复杂，价格昂贵，只能对微系统输入／输出口以内的电路进行故障检测。对输入／输出口之外的电路和数字逻辑电路的故障检测则无能为力。
中国惠普有限公司从美国HP公司引进的HP1651A逻辑分析仪，主要用于电路设计。它的构成是键板，显示器、探头和微处理器等。其不足之处是在检测数字逻辑电路时，应备有厂商提供的被修电路的信号时序图(此图厂商出厂时一般不提供给设备使用者)才能检测故障。即使有了显示在屏幕上的信号时序图，也很难确定到故障的所在，还须经维修人员大量的逻辑分析。
本实用新型的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提供一种“黑盒模型”数字逻辑电路故障检测仪。它的任务是给出一种不需要复杂辅助机构，完全新型的专为检测复杂数字逻辑电路故障，并与现有技术截然不同的装置。
本实用新型的技术解决方案是用于检测TTL数字逻辑电路故障的检测装置，该装置由逻辑对比器，故障信号监视器，信号发生器配合集成电路所组成，其特征是逻辑对比器是由若干互相关联的逻辑比较器所构成，构成它的异或门电路的输出级、是或逻辑电路和故障信号锁存器的输入级，它的输出级同时输给三个逻辑电路。
本实用新型技术解决方案中的故障信号监视器包括显示信号选择器，信号显示驱动器，测试方式信号选择器和若干信号指示器。
本实用新型技术解决方案中的信号发生器包括时标信号发生器，手动控制逻辑信号发生器和模拟电平信号发生器。
本实用新型技术解决方案中的时标信号发生器由振荡器、倒相器、与门和二进制分频计数器，门控器所构成，倒相器和与门一脚串接在振荡器和计数器CP输入端之间，与门的另一脚和门控器相联完成对通过与门信号的控制，控制信号来自逻辑对比器的“故障”信号。
本实用新型技术解决方案中还可以设置测试方式选择器，决定其该装置的工作状态是测量还是对比来自被修电路的信号。也可以设置用于检测被修电路A／D转换器的模拟电平信号发生器，它由多圈精密电位器构成。
以下结合附图对实施例作更详细的描述。
图1为本实用新型的工作结构框图。
图中1.时标信号发生器，2.逻辑比较器，3.故障信号监视器，4.面板。
图2为本实用新型的时标信号发生器电路图。
图3为本实用新型的逻辑对比器电路图。
图4为本实用新型的显示信号选择器电路图。
图5为本实用新型的测试方式信号选择器电路图。
图6为本实用新型的手动控制逻辑发生器电路图。
图7为本实用新型的信号显示驱动器电路图。
图1描述了本发明的一个工作结构和工作过程。从振荡器JZ输出的8MHz信号，经倒相器整形，通过一个门电路由门控器MK控制再经倒相器整形后，输入到二进制分频器JS，然后分成一组时标信号从面板的时标信号口T处输出。
在面板上还有来自(3)的可由操作者决定的手动逻辑信号，这个信号的状态可由面板上的开关决定通过手动逻辑锁存器输入端LJ向手动逻辑锁存器提供一组逻辑信号，再由面板上的一个按扭产生一个锁存信号，通过锁存器的锁存端S向手动逻辑锁存器发出锁存命令，这组逻辑信号就被锁存在手动逻辑锁存器的输出端LC，LC直接向对比板和被修板提供手动逻辑信号。这组手动逻辑信号与前面所述的那组由T处输出的时标信号，提供了数字电路所需要的各种信号。可由操作者组合并联式地加到比较电路板与被修电路板对应的输入端中。对比板的输出端信号从测试信号M口输入，通过〈3〉上的测试方式信号选择器SSZ加到〈2〉的异或门电路YHM上，被修电路板的输出信号从测试信号口M′直接加到〈2〉中的异或门电路YHM，这两组信号在YHM中进行自动地对比，对比的结果将分成3路。1.一路送到本图〈2〉的或逻辑电路HM进行是否有故障的判断，若有，则将一个高电平送到〈1〉中的门控器MK电路上，将门关闭，使得对比板与被修板输入端的时标状态被保留下来，用于操作者分析故障。保留下来的结果通过〈3〉中的信号显示选择器DSZ的选择，传至信号显示驱动器LDCH进行驱动，放大后的信号通过绿灯指示器LD显示在面板上。2.第二路则送到2上SC器中，将比较的结果进行锁存，便于操作者发现一些小的瞬间毛刺。锁存的结果通过3DSZ的选择，通至LDCH进行驱动放大，放大后的信号通过LD送到面板上的指示器。3.直接送到〈3〉中的信号显示驱动器HDCH进行驱动放大，送到面板红灯指示器HD，直接指示故障。
面板上提供了一个同步信号TB供整机同步用。
面板上还提供了一个灯选择信号DS控制显示信号选择器DSE选择是显示时标状态还是瞬时毛刺。
面板上还提供了一个测试方式选择信号控制测试方式信号选择器SSZ，决定本装置是单线测量还是双线对比。
图2给出了一种信号发生器。它是提供时标信号的时标信号发生器。该发生器包括一个具有8MHZ的石英晶体电路和与IC1集成电路组成的振荡器。其中IC1可以是二输入正或非门，同时还包括用于整形的两个倒相器，由四个二进制四位计数器构成的二进制分频计数器和与一个与门输入端连接的门控器。倒相器IC7可以是斯密特触发器，计数器可以根据需要增减。倒相器和与门的一脚端同另一支倒相器串接在振荡器的输出端与时标线之间。与门的另一脚端与门控器相联，对通过与门进入计数器的信号实行门控，它自身的控制信号由B2脚输入来自逻辑对比器的“故障”信号。若故障是高电平时，它则输出低电平把IC8的门给关住，让计数器中的状态保留下来由绿灯显示给操作者，告知其被修件电路在什么时标状态下出现“逻辑错误”。
图3逻辑对比器是本实用新型的核心部分。该电路包括有IC1和IC2组成的异或门逻辑电路。IC1和IC2可以是四异或门组成的逻辑电路，还可以是其它门电路组成的异或门逻辑电路。与它的输出级相联接的还有一个故障信号锁存器IC3。和或逻辑电路IC3和IC4、IC5可以是八D触发器，还可以是其它锁存器，IC3、IC4可以是二输入四正或门。本实用新型的逻辑对比器可以是本图所示的一个逻辑比较器，它的输出级A13～A20接到面板上的比较测量信号选择器IC13～IC16的输出级上，对IC13～IC16输出的信号进行对比，一旦异或门的两个输出端在同一时刻出现不相同的逻辑电平时，异或门将输出一个高电平信号，表示了一个故障存在。异或门的输出信号同时输给三个逻辑电路1.输给本图中的或逻辑电路IC3，IC4。倘若有一个高电平在IC3的输入端出现，这个高电平将反映到IC4的输出端B2上，并传送到图1中IC2的输入端B2上去使门控器输出一个低电平，将时标信号的通路切断，这样计数器就把出现故障时被修件电路输入端上时标的状态保留下来，供操作者分析。2.输给本图中故障信号锁存器IC5，锁存被修件电路出现的瞬时毛刺。它的输出级B5～B12被送到图3显示信号选择器的B端，由其选择绿灯显示的信号是时标状态还是瞬时毛刺。3.它的输出级A5～A12还把对比电路的输出信号传送到面板上的红灯指示器，实时地告诉操作者信号对比的情况。
图4显示信号选择器、图5测量方式信号选择器和图7信号显示驱动器一起构成了本发明所述的故障信号监视器。
图6显示信号选择器可以是由四个2选1数据选择器组成，其输出级与图6信号显示驱动器的绿灯区相连，输入端A接到图1时标信号发生器的B5～B21，输入B则与图2逻辑对比器的B5～B12相连接。
图7信号显示驱动器，用于功率放大，驱动时标／故障状态(瞬时)指示器。它可以是包括6个倒相缓冲器，其输出级与图3显示信号选择器的输出级相连接。IC4～IC6的输入级则接到图2逻辑对比器的A8～A12。该驱动器可通过显示信号选择器的选择控制，显示当前时标状态，操作者可以通过所设置的选择按键即可显示其被锁存在逻辑对比器中的状态(瞬时故障状态)。
本装置采用普通整流，滤波调整式稳压电源和可变电压电源，向本发明的各级电路提供±15V、±5V电压。＋5V电压可以作为TTL电路的主要电源，±15V电压可用于A／D和D／A电路，电源还可以提供可变电压作为A／D变换的模拟信号。
本实用新型还可以内设图5测试方式信号选择器，用于对测量方式的选择。它可以是由四个或多于四个的二输入四正与门构成。它的输出级接到图2逻辑对比器B13～B20，输入级则接到面板的测试口。该选择器决定着测试口探针的用途是对比还是测量。对比用双探针，测量用单探针。若为测量，测试方式信号选择器将本身的输出都锁定为低电平，面板上测试信号口的探针为高电平时，红灯指示器亮，反之不亮；若是对比，测试方式信号选择器开放门，使其输入端与输出端状态相同，则测试信号的两个口的信号相同时红灯指示器不亮，反之亮。
本实用新型还可以设置图6所示的手动控制逻辑信号发生器，用于操作者手动控制锁存信号状态。该发生器可以是由两个或多个锁存器与若干的电阻和开关构成。锁存器IC7～IC8可以是八D锁存器，它的输出级与手动逻辑的若干输出口相连，开关可以布置在面板上。
本实用新型还可以设置用于检测被检电路A／D转换器的模拟电平量装置。该装置可以是由一个多圈精密电位器和旋转电位器组成。它是一种信号源，可向对比板和被修板提供二个相同的电平。
本实用新型的一个典型实施例，是逻辑对比器是由图3所示的两个逻辑对比器组成。在这种情况下，逻辑对比器1的B2接逻辑对比器2的A2(图2虚线部分)。它是本实用新型的最佳实施方案。但也不排除由三个以上的逻辑比较器组成的逻辑对比器。
本实用新型相比现有技术具有如下优点对大规模的复杂数字逻辑电路故障的检测省时，省力，省工，效率高。它是基于“黑盒模型”原理，采用数字逻辑电路和集成元件设计的。使用者只需把有故障的被修件视为一个内部不可知的“黑盒模型”，对输入与输出信号进行测试分析，寻找故障输出口，并顺此线索逐级缩小“黑盒”的范围，直到发现出现故障的元器件。因此使用本装置无须对有故障的被修件电路进行时序分析研究，只需稍加了解其内部结构和逻辑关系，即可作手检测工作，因而大大缩短了检测时间和繁杂的脑力分析，极大程度地简化了复杂的检修过程。这个工作是由装置内设的逻辑对比器自动比较判断，记录故障状态完成的，使得使用者只关心被修件电路的输入(激励)与输出(响应)之间的关系，即可从激励与响应的相同与否中分析出故障所在，从而降低了检修人员本身素质的要求。
本装置操作十分灵活方便，能满足TTL数字电路所需要的一切信号。面板上设置了多种信号源发生装置，使用者可对各种信号源自由组合，灵活使用。各种电压源为检测TTL电路提供了各种各样的信号，并为检测A／D，D／A变化器提供了极方便的手段。如果需要，运用逻辑电平变换，则可用于MOS电平数字电路故障。此外，本装置不要附属仪器设备，便能独立完成对被测系统的故障检测，使用时只需简单的更换I／O接口，不必附加测试工具，如若配合示波器工作更显直观。
本装置结构简单，造价低，适合于使用数字电路的各种仪器，设备的故障检测，凡不带有CPU，且是TTL电平数字电路均属于本装置的检测范围。它是检测寻找非智能数字电路故障的得力工具。
权利要求1.用于检测TTL数字逻辑电路故障的检测装置，是由逻辑对比器，故障信号监视器，信号发生器配合集成电路所组成，其特征是所说的逻辑对比器是由若干相关联的逻辑比较器构成。
2.按权利要求1所述的装置，其特征是逻辑比较器的异或门电路的输出级是或逻辑电路和故障信号锁存器的输入级。
3.按权利要求1所述的装置，其特征是故障信号监视器包括显示信号选择器，信号显示驱动器，测试方式信号选择器和若干信号指示器。
4.按权利要求1所述的装置，其特征是信号发生器包括时标信号发生器，手动控制逻辑信号发生器和模拟电平信号发生器。
5.按权利要求4所述的时标信号发生器，其特征是它由振荡器，倒相器，与门和二进制分频计数器及门控器构成，倒相器和与门一脚串接在振荡器和二进制分频计数器的CP输入端之间，与门的另一脚和门控器相联完成对通过与门信号的控制，控制信号来自逻辑对比器的“故障”信号。
6.按权利要求3所述的装置，其特征是测试方式选择器决定该装置的工作状态是测量还是对比来自被修电路的信号。
7.按权利要求4所述的装置，其特征是用于检测被修电路A／D转换器的模拟电平信号发生器，由多圈精密电位器所构成。
专利摘要本仪器是用“黑盒模型”原理，采用集成电路设计，专为检测数字逻辑电路故障的一种仪器。它包括逻辑对比器，信号发生器和故障信号监视器，装置内设时钟信号发生器，逻辑比较器，测试方式选择器。其特点是对大规模的复杂数字逻辑电路的故障检测十分省时，省力，灵活方便。使用者只需关心被修电路I/O之间的关系，无需对被修电路进行时序分析，便可作手检测。凡不带有CPU的TTL电平数字电路都是本装置的检测范围。此外它还可用于检测MOS电平数字电路和A/D。
文档编号G01R31/28GK2046637SQ8921278
公开日1989年10月25日 申请日期1989年2月28日 优先权日1989年2月28日
发明者杨景常 申请人:成都飞机公司