单片机最小系统的测试

• 3、故障特征的描述 • （1）故障性质 • 是逻辑故障还是非逻辑故障。逻辑故障使电路中某一条 引线的逻辑值变成其规定值的相反值。逻辑故障之外的 其它故障统称为非逻辑故障。 • （2）故障的值 • 对逻辑故障而言，某引线产生了一个固定的错误逻辑值 或者是变化的错误逻辑值。 • （3）故障的范围 • 只影响单条引线的故障是局部故障；影响多条引线的故 障是分布式故障。 • （4）故障的持续时间 • 永久性故障若不经修理是一直存在的；间歇性故障是有 时出现，有时不出现的故障，大多数是由于参数临界或 器件老化等原因引起的。
置，称为故障定位。
• 3、数据域测试的方法 • 从输入端加激励信号，观察由此产生的输出响应，并与 预期的正确结果进行比较，一致则表示系统正常；不一 致表示系统有故障。一般有穷举测试法、功能测试法、 结构测试法和随机测试法。
• 4、数据域测试的步骤
时钟发生器 测试程序输入 测试结果输出 计 算 机 图形发生器 测 试 系 统 总 线 波形合成器
• 每个模块可单独执行测量任务，同时模块之间还可进行 交互测量，交互测量可完成单个模块难以完成的测量。 模块的更换和交互测量为逻辑分析仪提供了更强的功能。
• 9．4．2 误码仪 • 1、误码及误码率概念 • 通常，衡量一个数字通信系统传输的快慢用码率或传码 率来描述，定义为每秒钟传送码元的数目，单位是“波 特”，通常用“B”表示。 • 当发送端发送的是二进制数字“1”码时，接收端得到的 确是“0”码；在发送端发送“0”码时，接收端得到的是 “1”码。这种收发信的不一致，就叫做误码，常用误码 性能参数来衡量误码对传输质量的影响大小。 • 造成误码的原因有系统内部噪声及定位抖动，此外还有 色散引起的码间干扰等。工程上常采用长期平均误码率 (BER)来表示误码性能。 • BER是指在一段相当长的测试时问内(>24小时)出现的 误码个数与传输的总码元数的比值，可表示为 • BER=误码个数/传输的总码元数
• ④ 仪器初始化
• ④ 仪器显示界面
• 2、实验步骤（参看教材） • 3、结果显示和分析（定时图）
• 3、结果显示和分析（状态图）
9．4 扩展知识
• 9．4．1 模块化的逻辑分析仪
• 现代逻辑分析仪的测量部分采用灵活的模块结构，插槽 可插入各种模块插件以完成要求的测试任务。如 HP16500A具有5个插槽，如果5个插槽全部插入逻辑分 析仪插件，可构成400通道的逻辑分析仪；全部插入示 波器插件，可作为8通道的示波器使用。这样，现代逻 辑分析仪既是逻辑分析仪，也可以是示波器。
+5V 低电平指示灯
高电平指示灯
高电平 比较器 高电平 脉冲扩展
被测信号输入
输 入 保 护 电 路
低电平 比较器
低电平 脉冲扩展
指 示 驱 动 电 路
图9.2 逻辑笔的基本组成
• 2、逻辑笔的应用 • 逻辑笔可用于判断某一端点的逻辑状态。逻辑笔有两只 指示灯，红灯指示逻辑“1”（高电平），绿灯指示逻辑 “0”（低电平）。
•
2、误码仪的工作原理
时钟信号 发生器 码型发生发生器
（图案选择）
误码插入
接口电路
（a） 误码仪发送部分原理图
开 关
码型发生发生器
（图案选择）
比特误码检测
输出错误脉冲 同步检测 输入信号
（b） 误码仪接收部分原理图
图9.23
误码仪工作原理框图
• 3、误码仪的主要技术指标
• • • • • • • • • • • • • （1）发送机 •比特率：内部时钟的比特率。 •精度：≤±2×10-6（在室温下） •偏差：可发送±100×10-6的频偏。 •码型图案：包括伪随机序列、人工码和零码插入。 •插入误码：指bit或码字误码。 •输出码：CMI、RZ、NRZ、AMI、HDB3码。 •抖动调制：包括调制频率和灵敏度。 （2）接收机 •比特率：内部时钟的比特率。 •时钟输入：外部输入。 •码型图案：包括伪随机序列、人工码和零码插入。 •误码测量：包括测量方式和测量项目。如方式有比特误码、码组 误码、码块误码等；测量项目则有误码率、误码计数、误码秒、 不误码秒等 • •状态显示：通常有无信号、失步、AIS、<100误码等4种显示。 • •抖动测量：包括测量范围和测量内容。
• 9．2．3
逻辑电路的简易测试
• 简易逻辑电平测试设备常见的有逻辑笔和逻辑夹，它们 主要用来判断信号的稳定电平、单个脉冲或低速脉冲序 列。其中逻辑笔用于测试单路信号，逻辑夹则用于多路 信号。
• 1、逻辑笔的基本组成 • 被测信号经过输入保护电路后同时加到高、低电平比较 器，比较结果分别加到脉冲展宽电路，以保证测量单个 窄脉冲时有足够时间点亮指示灯。
• 掌握数字系统的特点、熟悉单片机应用系统的构成、了 解数据域测试的基本方法、掌握简易逻辑测试设备、逻 辑分析仪仪器的工作原理和测试方法。
9．2 相关知识
• 9．2．1 数据域测试的概念
• 1、数据域测试特点 被测信号持续时间短。 被测信号故障定位难。 被测信号的非周期性。 信息传递方式多样化。 外部测试点少。 • 2、数据域测试主要目标 • 数据域测试的目标，一是确定系统中是否存在故障，称 为合格/失效测试，或称故障检测；二是确定故障的位
• 一般情况下，根据一个实际的应用系统选择单片机时， 应对单片机系统的性能进行判定，主要项目包括： • ▲ 单片机系统是否具有适应性。主要指所选用的单片 机能否完成应用系统的控制任务，或通过增加一些外围 集成电路能够完成系统任务。 • ▲ 单片机的CPU是否具有合适的处理能力。主要表现 在CPU的位数、运行速度、指令功能、指令周期的长 短、中断能力以及堆栈大小等指标。 • ▲ 单片机是否具有系统所需的IO端口数。 • ▲ 单片机是否具有系统所需的的中断源和定时器。 • ▲ 单片机是否具有系统所需的外围接口。 • ▲ 单片机的极限性是否满足要求。
限定条件
与门
限定条件 触发信号
触发 识别 数据流
图9.7 限定触发信号产生
• 6、逻辑分析仪的显示方式
• （1）状态表显示
（2）反汇编显示
•
• 6、逻辑分析仪的显示方式 • (3)定时图显示
• (4)图解显示
• 6、逻辑分析仪的显示方式 • （5）影射图显示 •
（6）分解模块显示 高层次的逻辑分析仪
• 4、故障模型 • （1）建立故障模型的作用 • 一是用结构测试代替功能的完全检查，以降低测试的复 杂性。二是为了适应不同层次的测试要求。 • （2）对故障模型的要求 • 故障模型不但要能精确地反映实际的物理故障，而且要 能方便测试产生和评价。 • （3）常见故障模型 • ① 固定故障模型 ② 晶体管故障模型 • ③ 门级故障模型 ④ 功能块级故障模型 • ⑤ 存储故障模型 ⑥ 可编程逻辑阵列故障模型 ⑦ 微处理器故障模型 ⑧ 临时故障模型
9．3 项目实施
• 9．3．1 所需实验设备和附件
• • • • • 1、被测51单片机最小系统实验板 2、逻辑笔 3、UT56数字多用表 4、LA2116逻辑分析仪 5、测试连接线 1块 1只 1台 1台 若干
• 9．3．2 实施步骤
• 1、实验原理 • (1)单片机系统及性能描述 • 单片机本身是一个集成芯片，集成了CPU、存储器、 基本的I/O接口以及计时器/计数器。按照单片系统的扩 展与配置的复杂程度情况分，单片机应用系统可以分为 最小系统、典型应用系统和增强型应用系统。 • 单片机最小应用系统是指能维持单片机运行的最简单配 置系统，对于片内有EPROM的单片机，只要配上晶振 复位电路和电源就可以构成最小应用系统；片内无 EPROM的单片机，需要扩展外部程序存储器。这种系 统硬件电路构成简单、功能取决于单片机内部集成的功 能、成本低廉，常常构成一些简单的控制系统，如开关 状态的输入/输出控制、时序控制等。
驱动器 被测电路
实效存储器
逻辑比较器
电平比较器 参考 电压
图9.1 LSI测试系统的简化框图
• 5、数据域测试主要设备 • 数据域测试的主要设备有：逻辑笔和逻辑 夹、逻辑分析仪、特征分析仪、激励仪器、 微机及数字系统故障诊断仪、在线仿真仪、 数据图形产生器、微型计算机开发系统、 印制电路板测试系统等。
• 9．2．4
逻辑分析仪
• 1、逻辑分析仪的主要特点 • （1）以荧光屏显示的方式表示出数字系统的运行情况， 便于观察。 • （2）有足够多的输入通道。可同时检查32、64路甚至 更多路信号。 • （3）具有多种灵活的触发方式，确保对被观察数据流 的准确定位。 • （4）具有记忆功能，可以观测单次及非周期性数据信 息，并可诊断随机故障。 • （5）具有限定功能，可对数据进行挑选，删除无关数 据。 • （6）具有多种显示方式。 • （7）具有可靠的毛刺检测能力。
•
可设置多个显示模式。
• 6、逻辑分析仪的显示方式 • （6）分解模块显示
• 7、逻辑分析仪的基本应用 • （1）逻辑定时仪的面板和主要控键
• • • •
7、逻辑分析仪的基本应用 （2）逻辑分析仪的基本应用 ▲ 数字系统软件测试 是在跟踪数据流时，设置正确的触发字和触发方式，建立 合适的数据显示窗口，有选择地捕获有效数据。
• 3、逻辑分析仪与传统示波器的比较
• 4、逻辑分析仪基本组成
外时钟 内时钟 时钟 选择
被测数据
输 入 变 换 电 路
触发 产生
数据 存储
数 据 显 示 电 路
CRT
数据捕获部分
数据显示部分
图9.4
逻辑分析仪的基本组成
• • • • • • • • • •
5、逻辑分析仪的触发方式 （1）组合触发 （2）手动触发 （3）延迟触发 （4）序列触发 （5）限定触发 （6）计数触发 （7）毛刺触发
• 9．2．1 数据域测试的概念
• 1、失效和故障 • 当系统提供的服务违背了技术规范，或者偏离了其 预定功能时，表示系统已失效。 失效的根源是故障，但故障并不等于失效。
• 2、发生故障的原因 • 一类是由设计原因引起的，它包括设计规范有错误或含 糊不清、设计人员进行了违背规范的设计等，这类故障 主要依靠设计人员通过逻辑正确性验证来消除。 • 另一类故障是由物理原因引起的，称为物理故障。例如 在制造期间焊点开路、接线开路和短路、管脚短路和断 裂等；在存储期间由于温度、湿度和老化等因数引起的 故障
现代逻辑分析仪还有其它一些触发方式，随着数字系 统及微机系统的发展，对逻辑分析仪的触发方式将提出了 越来越高的要求，新的触发方式也会出现。在使用时，应 注意正确选择触发方式。
• （4）序列触发
• （5）限定触发 • 限定触发是对设置的触发字加限定条件的触发方式。如有 时选定的触发字在数据流中出现较为频繁，为了有选择地 捕捉、存储和显示特定地数据流，可以附加一些约束条件。 这样，只要数据流中未出现这些条件，即使触发字频繁出 现，也不能进行有效地触发。 • •
项目9
单片机最小系统的测试
9．1 项目要求
• 9．1．1 项目内容
• 单片机系统规模较小，本身不具备自我开发和测试能力， 正确选择单片机应用系统，判断其工作性能是设计开发 前的一项重要工作，采用简易逻辑测试设备、逻辑分析 仪等仪器，对单片机最小系统的功能进行测试，并对其 配置和性能做出评价。
• 9．1．2 知识要求
• • • • • •
• •
7、逻辑分析仪的基本应用 （2）逻辑分析仪的基本应用 ▲ 微处理器测试 逻辑分析仪可同时将微处理器的数据总线、地址总线和控 制总线的信息进行采集、显示，分析其时序关系。 ▲ 数字集成电路测试 将数字集成电路接入逻辑分析仪中，通过选择适当的显示 方式，得到具有一定规律得图形。如果显示不正常，可以 通过显示过程中不正确的图形，找出逻辑错误的位置。 ▲ 数字系统故障诊断 要查找并确定数字系统产生错误的原因，把测试数据加到 被测电路中并由逻辑分析仪测量其响应。逻辑故障使用工 具范围从专用协议分析仪到通用的图形发生器和可进行复 杂设计的分析仪。
• 2、逻辑分析仪的分类 • 逻辑分析仪按其工作特点，可分为逻辑状态分析仪和逻 辑定时分析仪两大类。这两类分析仪的基本结构是相同 的，二者的主要区别在于显示方式和定时方式不同。 • 逻辑状态分析仪主要用于检测数字系统的工作程序。并 用字符“0”和“1”、助记符或映射图等来显示被测信号 的逻辑状态，以便对系统进行状态分析。 • 逻辑定时分析仪用定时图方式显示状态信息，与示波器 显示方式类似，即水平轴代表时间，而垂直轴代表电压 幅度。它可显示各通道的逻辑波形，特别是各通道之间 波形的时序关系。主要用于数字系统的硬件测试。
• (2) LA2116逻辑分析仪简介 • LA-2116/128K是连接台式计算机或笔记本电脑的便携 式逻辑分析仪，它有16个通道，每通道有100Mbt/s采 样速率和128K的存储深度，具有多种触发功能，能进 行时序和状态分析，软件运行在Win95/98/2000/xp平 台下。
• ① 硬件安装 •பைடு நூலகம்② 软件安装 • ③ 主界面及控制菜单