性设计与故障诊断实验指导书(新).pdf

《可测性设计与故障诊断》实验指导书颜学龙黄新编桂林电子工业学院2005 年 9 月1 目录第一章实验开发板概述,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,21. 1 开发板简介,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,21. 2 开发板特点,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2 第二章实验开发板系统组成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,42.1 系统结构框图,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,42. 2 系统接口定义,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,52. 3 通用电路简介,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,92.4 系统软硬件组成,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,14 第三章实验开发板使用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,143. 1 系统连接,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,143. 3 系统资源使用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,153. 4 PC 机系统配置要求,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,153. 5 软件安装,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,15 第四章实验指导,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,16实验一组合逻辑电路测试矢量生成及测试验证（设计性实验）,,,,,,16 实验二边界扫描测试技术的应用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,20 实验三逻辑分析仪的综合应用（综合性实验）,,,,,,,,,,,,,22 *实验四特征分析仪应用,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,25 2 第一章实验开发板概述1. 1 开发板简介《可测性设计与故障诊断》 实验开发板为电子工程系CAT 研究室根据 《可测性设计与故障诊断》课程开课以来的教学、实验经验及科研成果，自行设计开发的实验板， 该开发板主要由边界扫描测试系统模块、51 单片机数据采集系统模块、毛刺捕捉电路模块、边界扫模被测电路模块、开关输入电路模块、故障输入模块、输出指示模块以及TTL 逻辑门模块组成。

该开发板USB 接口主要实现 PC 机与边界扫模测试系统的通信51 单片机数据采集系统采用外部E2PROM 存储器存储应用程序1. 2 开发板特点该实验开发板可完成该课程的三个实验项目：组合逻辑电路测试矢量生成及测试验证、边界扫描测试技术的应用和逻辑分析仪的综合应用，具有灵活的扩展性1）利用 D算法软件对自行设计的组合电路设置的故障，生成相应的测试矢量，而实验开发板上TTL逻辑门模块提供有基本的逻辑门，利用这些逻辑门可以自由搭建相应的组合电路对生成的测试矢量进行验证；（2）用 TI SCAN 边界扫描教学软件加深对边界扫描测试技术的理解后，利用实验开发板上的边界扫模测试系统可对开发板上的被测电路进行测试，也可通过 TAP口对外部的被测电路进行测试该实验项目结合了CAT研究室的边界扫描测试研究成果，具有较深远的意义还可以完成对 CLUSTER 的边界扫描测试，而CLUSTER 的逻辑功能可以利用逻辑门模块自行设计3）利用逻辑分析仪对开发板上的51 单片机数据采集模块利用状态分析进行程序跟踪和故障检测， 或者利用定时分析获取8279或 ADC0809 的工作时序；对毛刺捕捉电路模块进行定时分析捕捉输入信号的毛刺。

51 单片机数据采集模块本身可以完成三路电压采集，具有外部键盘显示电3 路接口，通过该模块可独立完成8279 键盘/显示实验，数据采集实验，通过该模块可以掌握MCS51 单片机外部程序存储器运行方式，通过该模块可以掌握如何利用逻辑分析仪进行数字电路的调试4）为外部程序存储器提供了两种方式下载，其一是利用 PC 机串口和 51单片机的监控程序完成下载功能；其二是利用USB 单片机完成下载功能5）可通过跳线设置然后加载测试程序完成对E2PROM 的测试6）为 FPGA 提供了两种程序配置方式4 第二章实验开发板系统组成2.1 系统结构框图图 1 系统结构框图5 2. 2 系统接口定义（1）电源接口该实验开发板提供有三种方式电源接口：外接 6V～12V 直流电源供电， 通过 JPOWER连接，由整流桥进行极性变换， 再由 7805 稳压后给系统提供电源；直接由 J1接入 5V 直流电源；通过短接J2，由 USB提供 5V 电源2）TAP接口该接口主要用于测试外部被测电路，为了将被测电路的扫描链路串成一条链，这里的 TDI 接被测电路的 TDO，这里的 TDO 接被测电路的 TDITCKTMSTDOTDITRSTGNDGND97531108642图 2 TAP接口（3）边界扫描下载接口该实验板有两块芯片本身具有边界扫描功能，分别为10 万门的 FPGA 芯片 XC2S100-5TQ144 和 FLASH 配置存储器 XCF01S，它们都有 JTAG 接口，这里并不使用其JTAG 接口进行边界扫描测试，而是利用JTAG 接口进行程序下载。

本实验板只对 XCF01S 利用边界扫描方式进行程序下载，该接口是和 PC机的并口下载电缆进行连接VCC33TMS TDOTDIGNDGNDNC75318642TCK图 3 边界扫描下载接口（4）从串模式下载接口VCCPROG DONEDINGNDGNDNC75318642CCLK图 4 从串模式下载接口（5）键盘 / 显示接口该接口用来连接 Dais 公司生产的通用键盘显示板，该电路板是利用8279键盘/ 显示接口芯片进行键盘和LED显示的管理6 D1A0WRNCALE+5V1 2 3 4 5 6 7 8 9 1020 19 18 17 16 15 14 13 12 11GNDD7A1NCGNDD2D0CSRDRESETD6D5D4D3图 5 键盘/显示接口（6）测试接口该接口主要为逻辑分析仪提供测试点，具体接口定义如下， 包含以下几个部分，数据总线DB0～7， ，地址锁存允许线ALE ，读信号线RD，写信号线WR，外部取指信号线 PSEN，ADC0809 片选线 CS0809，8279 片选线 CS8279，J5接口：A0～A10：存储器地址总线WR：28C16 存储器写允许信号ALE：51 单片机地址锁存允许信号。

PSEN：51 单片机外部取指信号CS0809：ADC0809 片选信号，固定接P2.7CS8279：8279 片选信号固定接P2.6MRD：51 单片机读信号MWR：51 单片机写信号CLOCK ：ADC0809 时钟输入信号，为 51 单片机 ALE 信号的 2 分频信号EOC：ADC0809 转换结束信号，固定接P3.4A4A3A2A1A01 2 34 5 6 7 891011121314151617181920A9A8A7A6A5 CS0809PSENALE WR A10 EOCCS8279CLOCKMWRMRD图 6 J5 测试接口J6接口：DB0～DB7：数据总线，该开发板的USB 单片机， 51 单片机， ADC0809，8279 都共用数据总线7 SCLK：单片机时钟信号下面的信号线为毛刺捕捉电路的相关信号线Q1：第一级 D 触发器的输出信号Q1：第一级 D 触发器的反相输出信号Q2：第二级 D 触发器的输出信号Q2：第二级 D 触发器的反相输出信号INPUT1：毛刺捕捉电路输入信号INPUT2：毛刺捕捉电路输入信号CLK ：毛刺捕捉电路同步时钟，为51 单片机 ALE 信号的 4 分频信号。

DB4DB3DB2DB1DB01 2 3 4 5 6 7 8 91011121314151617181920DB7DB6DB5Q2 Q1Q1 Q2CLKINPUT2INPUT1GNDSCLK图 7 J6 测试接口（6）开关跳线设置①电源跳线 J2 J2短接后，开发板使用USB 接口供电②TMS 选择跳线 JTMS 1234：选择板上扫描链1234：选择外部扫描链③存储器WR信号选择挑选 JPWR 1234：51 单片机提供WR信号1234：USB 单片机提供WR信号④存储器OE信号选择挑选 JPRD 1234：单片机的PSEN提供OE信号1234：单片机RD提供OE信号⑤配置模式设置S2 M2－M1－M0：8 X－0－0：主串模式， FPGA 通过串行接口从配置存储器下载程序；X－0－1：边界扫描模式， PC机通过 JTAG接口下载程序到FPGA；X－1－1：从串模式， PC 机通过串行接口下载程序到FPGA ⑥按钮 /开关SRST：USB单片机复位按钮；SRST_2：51单片机复位按钮；SG：触发 USB 单片机产生两路模拟的毛刺信号；FS：毛刺捕捉电路正常和锁定模式，处于正常模式， 实现时序电路的功能，处于锁定模式，完成毛刺的捕捉功能。

⑦程序存储器选择SWM ：选择外部程序存储器：选择内部程序存储器⑧故障设置 SW1～SW4，F1～F3 SW1～SW4：为 51单片机数据采集系统模块故障设置开关；F1～F3：为边界扫描被测电路故障设置开关SW1：：DB0 呆滞为 1 ：DB0 无故障：DB0 呆滞为 0SW2：：DB1 和 DB2 无故障：DB1 和 DB2 桥接故障SW3：：A5 和 A6 无故障：A5 和 A6 桥接故障SW4：：A2 呆滞为 1 ：A2 无故障：A2 呆滞为 09 F1：：6D 和 7D 无故障：6D 和 7D 桥接故障F2：：U26-TDI 开路故障：U26-TDI 无故障F3：：8D 呆滞为 0 ：8D 无故障：8D 呆滞为 1⑨开关输入电路K1～K8 ：输入 0 电平：输入 1 电平⑩故障输入电路K9～K12 K9～K10：：无故障：呆滞 1 故障K11～K12：：无故障：呆滞 0 故障2. 3 通用电路简介（1）开关输入电路实验开发板上有8 只开关 K1～K8 与之相应的 K1～K8 引线为逻辑电平输出端开关向上拨相应插孔输出低电平“0” ，向下拨相应插孔输出高电平 “1” 且均有 LED发光二极管指示电平， LED亮为高电平。

10 K1VCCK2K3K4K5K6K7K8图 8 开关输入电路（2）输出指示电路实验开发板装有8 只发光二极管如图所示L1～L8 为相应发光二极管驱动信号输入端，该输入端为高电平“1”时发光二极管亮L1L2L3L4L5L6L7L8图 9 输出指示电缆路（3）故障输入电路故障输入电路为两组呆滞1 故障和呆滞 0 故障，连接时， A 端接输入线，B 端接输出线，如下图的图（b）所示，可见电路两线之间如果存在呆滞1 故障，那么同时该线处于断开状态，如图（c） ，如果 Q 输出为“ 0” ，在 D 输入端不能得到呆滞 1 的故障模拟，同时，如果设为呆滞0 故障，这种连接方式极易损坏器件，因为若 Q 的输出为“ 1” ，而故障的设置使得线要保持为“0” ，这样将产生较大电流损坏器件如图（d）连接，对呆滞0 和呆滞 1 故障，输入端D 都处于悬浮状态，不能准确地模拟故障11 K9VCCABQDK9VCCK10K11K12ABK9VCCAQD(a)(b)(c)K9VCCABDQ(d)图 10 故障输入电路 （4）ADC0809 电路ADC0809 与 51 单片机的连接如图所示，所有信号线均已连接，根据连接图 ADC0809 的读数只能采用查询方式或延时等待方式。

模拟通道只接有IN0～IN2，通道地址 ADDC～ADDA 由 74AS573 锁存其中数据总线DB7～DB0，通道地址 ADDC～ADDA ，CLOCK ，EOC，CS0809，MRD，MWR均引出测试点ADC0809D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0EOCCLOCKENABLE STARTALEADDA ADDB ADDCIN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7REF(+) REF(-)26 27 。