Устройство для контроля цифровыхобектов

Оп ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет 6 06 Г 11/16 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытийДата опубликования описания 30. 07. 81 Г -Б.И. Акимов, В.И. Буров, А.П. Горбун ваи Б.И. Крыжановский(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЦИФРОВЫХ ОБЪЕКТ Изобретение отно тельной технике и м зовано для кодирова состояния цифровых троля и поиска в ни компонентов (соедин тов, микросхем, тип мены и модулей, уст тем и т.д.). ится к вычислижет быть испольия логического истем, их коннеисправных тельных элеменвых элементов эа ойств и подсисЙэвестно устройство, предназна- ченное для обнаружения неисправных модулей в цифровых системах, имеющее общий с цифровым объектом генератор тактовой частоты и анализирующее ограниченное, раз и навсегда выбран ное число контрольных точек цифрового .объекта (выбранные точки жестко связаны со входом устройства) ЫНедостатками такого устройства являются невозможность использовани его в наиболее широко распространен ных асинхронных системах, а также невозможность осуществлять диагностику с точностью до типового элемента замены в цифровых объектах, построенных на элементной базе со средней и низкой степенью интеграции,диагностика которых требует ана лиза относительно большого и не всегда предсказуемого числа контрольных точек.Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство, позволяющее снимать двоичный сигнал с любого контакта цифрового объекта, построенного наэлементной базе с любой степеньюинтеграции и осуществлять диагностику 10 цифрового объекта с любой степеньюдиагностического разрешения (2 .Однако это устройство может бытьиспользовано для кодирования, контроля и диагностики только синхронных 15 цифровых объектов. А на практикешироко распространены асинхронныецифровые объекты, к которым относится также большинство сложных цифровых систем, Любую асинхронную циф ровую систему можно разбить на синхронные и асинхронные участки, При.использовании вышеуказанного устройства для кодирования, контроляидиагностики каждого отдельного син хронного участка асинхронной системы необходимо его синхронизироватьс данным синхронным участком. Асин.хронные участки в асинхронных цифровых системах составляют главным ЗО образом интерфейсные элементы (узлы,блоки и даже целые устройства обмена), работа которых тактируется несколькими генераторами. Эти участки не могут кодироваться, контроли- роваться и диагностироваться устройством, в основе которого положен известный метод сигнатурного анализа,. 5Цель изобретения - расширение эксплуатационных возможностей устройства путем обеспечения возможности кодирования, контроля и диагностики асинхронных цифровых систем. 1 ОПоставленная цель достигается тем, что в устройство для контроля цифровых объектов, содержащее регистр сдвига, сумматор, блок управления, блок индикации, пульт управления, 15 причем первый выход блока управления соединен с первым входом сумматора, выход которого соединен с первым входом регистра сдвига, второй выход блока управления соединен со 2 О вторым входом регистра сдвига, первый выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый выход пульта управления соединен с третьим входом регистра сдвига и пятым входом блока управления, введены первый коммутатор, счетчик, формирователь одиночного Импульса, задающий генератор и второй Коммутатор, причем первый и второй рходы счетчика соединены соответственно с первым выходом блока управле- ЗО ния и с первым выходом пульта управления, первый выход счетчика соединен с первым входом первого коммутатора, второй и третий входы которого . соединены соответственно со вторым 35 выходом регистра сдвига и вторым выходом пульта управления, а выход - со входом блока индикации, второй выход счетчика соединен с первым входом второго коммутатора, второй вход котоО рого соединен с третьим выходом пульта управления, первый выход которого соединен со входом цифрового объекта, третий, четвертый, пятый и шестой входы второго коммутатора соединены с группой выходов цифрового объекта, а первый, вторВй, третий и четвертый выходы второго коммутатора соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока управления, выход 0 задающего генератора соединен с седьмым и восьмым входом второго коммутатора и с первым входом Формирователя одиночного импульса, второй и третий входы которого соединены со- . 55 ответственно с первым и четвертым выходами пульта управления- а выходс девятым входом второго коммутатора.Поставленная цель достигаетсятакже тем, что блок управления содержит усилители, триггеры и элементы И, при этом входы каждого триггера являются входами блока управления, выход первого и второго усилителя подключены к первым входам соответствующего элемента И, вторые входы которых объединены и подключены к выходу триггера, входы которого подключены к соответствующим выходам второго и третьего усилителей, п-й вход триггера является входом блока управления, выходы элементов И являются выходами блока управления.На Фиг. 1 представлена блок-схема устройства кодирования, контроЛя и диагностики цифровых систем; на фиг. 2 и 3 - примеры реализации блока управления и пульта управления соответственно.Предлагаемое устройство содержит регистр 1 сдвига, сумматор 2, блок 3 управления, блок 4 индикации, пульт 5 управления, первый коммутатор б, счетчик 7 и второй коммутатор 8. Кроме того, устройство содержит формирователь 9 одиночного импульса и задающий генератор 10.Цифровой объект 11 не входит в состав устройства и приводится лишь для пояснения работы устройства.Блок 3 управления предназначен для приема, усиления и формирования управляющих сигналов и входной динамической последовательности, В соответствии с назначением блок 3 управления содержит четыре несвязанных усилителя 12-15, триггер 1 б,выход которого соединен со входами элементов И 17 и 18, а на их входы через усилители 14 и 15 подаются управляющие сигналы "Старт" 19 и "Стоп" 20. При получении сигнала "Старт" 19 триггер 16 открывает элементы И 17 и 18, при получении сигнала "Стоп" 20 закрывает.Через элемент И 17 проходит входная динамическая последовательность .21, а через элемент И 18 - управляющие сигналы."Синхронизация" 22. Триггер 16 имеет вход 23 установки в ноль. Элемент И 17 пропускает динамическую последовательность 21 через выход 24 на первый выход блока 3 управления на интервале времени, который начинается по сигналу "Старт" 19 и заканчивается по сигналу "Стоп" 20. Элемент И 18 пропускает на том же интервале времени сигналы "Синхронизация" 22 через выход 25 на второй выход блока 3 управления, представляющие собой тактирующие управляющие.импульсы, совпадающие по частоте и фазе с сигналами "Синхронизация" 22.Пульт 5 управления представляет собой обычную ключевую схему, состоящую из четырех независимых ключей 26-29. При замыкании каждого из ключей вместо управляющего потенциала логического нуля 30 на соответствующие выходы 31-34 пульта 5 управления выдается управляющий,потенциал логической единицы 35. Клюси 26 и 29 выполняются беэ фиксацииположения выдачи потенциала логической единицы, а ключи 27 и 28 - с фиксацией такового,Блок 4 индикации .предназначендля.дешифрации двоичного кода, получаемого (как резУ 1 ьтат преобразования входной динамической последовательности) на регистре сдвига 1 илисчетчике 7 в семисегментный десятичный код, удобный для визуальноговосприятия человеком, В соответствиис назначением блок 4 индикации содер-фжит дешифратор, на вход которогопоступает двоичный код и семисегментные светодиоды, связанные по входу 15с выходом дешифратора, Вместо семисегментных светодиодов могут бытьиспользованы другие индикационныеэлементы, например декатроны и др,Первый коммутатор б представляет 20собой типовой блок коммутации надва положения, и направлений и с управляющим входом, где и - любое число.Счетчик 7 представляет собой типовой и-разрядный счетчик импульсов,второй коммутатор 8 - типовой коммутатор на два положения, четыре направления с управляющим входом.формирователь 9.одиночного импуль" 0са представляет собой типовой элемент, формирующий на своем выходе.из непрерывной последовательности импульсов только один импульс, совпадающий с подачей на вход формирователя9 сигнала, разрешающего выработкуодиночного импульса.Задающий генератор 10 представляет собой типовой кварцевый генератор, вырабатывающий непрерывную последовательность стандартных импульсов, удовлетворяющих требованиям поамплитуде и крутизне фронтов какдля самого устройства, так н дляцифрового объекта 11 и с частотойследования не ниже граничной частоты 45следования импульсов в цифровомобъекте 11 и не выше граничной частоты следования импульсов, определеннойдля элементной базы устройства.Кодирование логического .состоянияасинхронного цифрового объекта 11осуществляется путем. преобразования.двоичных сигналов, снимаемых с характерных точек цифрового объекта,двумя способами: сигнатурным анализом(для синхронных участков асинхрон"його цифрового объекта 11) и переход"ным счетом (для асинхронных участковасинхронного цифрового объекта 11).Преобразование.(кодирование)двоичных сигналов способом сигнатурно-Щго.анализа осуществляется следующийобразом.Третий, четвертый и пятый входывторого коммутатора 8 соединяютсяс заранее определенными.и постоян ными для данного синхронного участкавыходами (в данном случае первый,второй и третий выходы цифровогообъекта), Шестой вход второго коммутатора 8 соединяется при помощиавтощупа или ручного щупа, снабженного иглой, с выбранной точкой анализируемого синхронного участка(в данном случае четвертый выход цифрового объекта 11,На пульте 5 управления делаютсяустановки, обеспечивающие выдачу сего второго выхода 32 управляющегосигнала 30 на третий вход первогокоммутатора б, с третьего выхода 33управляющего сигнала 30 на второйвход второго коммутатора 8 и с егопервого выхода 31 .сигнала установкив .ноль 35 самого устройства и цифрового объекта 11. Управляющий сигнал 30 со второго выхода 32 пульта5 управления обеспечивает прохождение и-разрядного кода со второговхода первого коммутатора б на еговыход. Управляющий сигнал 30 стретьего выхода 33 пульта 5 управления обеспечивает коммутациютретьего, четвертого, пятого и шестого входов второго коммутатора 8 сего первым, вторым, третьим и четвертым выходами. Сигнал установки вноль 35 с первого выхода 31 пульта5 управления разрешает начало стиму=ляции цифрового объекта 11. Средствастимуляции могут быть как внутренними, встроенными в цифровой объект,так и внешними.укаэанный сигнал установки в нольи начале стимуляции цифрового объекта 11 является сигналом дистанционного управления цифровым объектом 11.Это наиболее удобный вариант управления объектом 11. Возможен и другойвариант: управление непосредственно.с пульта самого объекта. Кроме того,для комбинационных цифровых объектов 11 необходимость в установке ихисходного состояния отпадает.В результате возбуждения цифровогообъекта 11 в его выбранной точке вовремени разворачивается совершенноопределенный, соответствущий стимулирующему возбуждению, динамическийпроцесс - двоичная последовательность,которая поступает на шестой вход второго коммутатора 8 и затем на четвертый вход 21 блока 3 управления.На первый, второй и третий входыблока 3 управления с соответствующихвыходов второго коммутатора 8 поступают также от цифрового объекта 11управляющие сигналы "Стопф 20,"Старт" 19 и фСинхронизация" 22. Вблоке 3 управления снимаемая с выбраннойточки цифрового объекта 11двоичная последовательность усиливается, формируется и ограничиваетсясигналами "Стартф 19, ффСтопф 20, азатем с первого выхода 24 блока 3управления поступает на первый вход сумматора 2, где суммируется по модулю два со значениями разрядов сдвигового регистра 1, поступающих с его первого выхода на второй вход сумматора 2, По тактирующим управляющим импульсам 25, поступающим на второй ,вход регистра 1 сдвига со второго ,выхода блока 3 управления, содержимое регистра 1 сдвига сдвигается по каждому импульсу на один разряд от младших .разрядов к старшим, и при этом в 10 младший разряд регистра 1 сдвига записывается результат суммирования поступающий с выхода сумматора 2 на первый вход регистра 1 сдвига. Со второго выхода 25 блока 3 управления тактирующие управляющие импульсы выдаются только в интервале времени между импульсами "Старт" 19 и истопф 20, определяющими интервал преобразования двоичной последовательности. 20Таким образом, по концу интервала преобразования прекращается прием информации в регистр 1 сдвига с вы.хода сумматора 2 и сдвиги информации в нем. Содержимое регистра 1 сдвига результат преобразования двоичной последовательности - через его второй выход передается на второй вход первого коммутатора б и далее через его выход на блок 4 индикации, осуществляющий преобразование двоичного кода в десятичный и высвечивание последнего ключевого слова.Преобразование двоичных сигналов способом переходного счета осуществляется следующим образом.Четвертый и шестой входы второго коммутатора 8 соединяются с четвертым выходом цифрового объекта 11Управляющие сигналы "Стоп" и "Синхро- низация" в данном случае не исполь зуются. На пульте 5 управления делаются установки, в результате которых управляющий сигнал 35 с его второго выхода 32 обеспечивает прохождение и-разрядного кода с первого 45 входа первого коммутатора б на его выход. Управляющий сигнал 30 с третьего выхода 33 пульта 5 управления на второй вход второго коммута тора 8 обеспечивает коммутацию треть его, четвертого, пятого и шестого входов второго коммутатора 8 с его первым, вторым, третьим и четвертым выходами. Сигнал установки в ноль 35 с первого выхода 31 пульта 5 управления, устанавливающий в ноль устрйство и цифровой объект 11, разрешает начало стимуляции последнего.В результате возбуждения цифрового объекта 11 в его выбранной точке во 60 времени разворачивается совершенно определенный, соответствующий стимулирующему возбуждению, динамический процесс. Соответствующая двоичная последовательность поступает на шес той вход второго коммутатора 8 и затем на четвертый вход 21 блока 3 управления для его усиления и формирования. Далее с первого выхода 24 блока 3 управления импульсы двоичной последовательности поступают на первый вход счетчика 7, определяющего число переходов двоичной последовательности от "нуля" к "единице" или от "единицы" к "нулю" или и то и другое, Счет переходов сигналов осуществляется на интервале стимуляции, имеющем начало и конец. Содержимое счетчика 7 (результат преобразования двоичной последовательности) через его первый выход передается на первый вход первого коммутатора б и далее через его выход на блок 4 индикации, осуществляющий преобразование двоичного кода в десятичный и высвечивание ключевого слова.Аналогичным образом могут быть получены ключевые слова для всего перечня характерных точек цифрового объекта 11, необходимых для его контроля и диагностики. Эталонные ключевые слова получаются на этатонном цифровом объекте 11 и фиксируются либо на соответствующей схеме, либо на специальной графе или в таблице, либо непосредственно возле контактов цифрового объекта 11, Контроль цифрового объекта,а также поиск неисправных компонентов в нем осуществляется путем описанного выше процесса кодирования динамики работы цифрового объекта и сравнения реальных ключевых слов с эталонными, Неисправный компонент цифровогообьекта 11 имеет на своем входе реальные ключевые слова, совпадающие с эталонными, на выходе - реальные ключевые слова, не совпадающие с эталонными. Для более. эффективного использования устройства в целях кодирования, контроля и диагностики асинхронных цифровых систем используетсярежим его оперативного самоконтроля.Процесс автономного контроля предлагаемого устройства заключается в следующем. На пульте 5 управления делаются установки, в резущ тате которых управляющий сигнал 30 с еговторого выхода 32 обеспечивает прохождение о-разрядного кода со второговхода первого коммутатора б на еговыход, управляющий сигнал 35 с третьего выхода 33 пульта 5 управленияобеспечивает коммутацию первого,девятого, седьмого и восьмого входоввторого коммутатора 8 с его первым,вторым, третьим и четвертым выходами, Все входные сигналы устройства "Стоп", "Старт"., "Синхронизация"и двоичная последовательность вырабатываются самим устройством и подаются соответственно на первый,девятый, седьмой и восьмой входы второго коммутатора 8 в следующей очеред- с вероятностью порядка 0,99 УстРой- ности. ство исправно и может быть использоС выхода задающего генератора 10 вано для кодирования, контроля и непрерывная последовательность им- диагностики цифровых объектов. При пульсов подается на седьмой и восьмой несовпадении полученного ключевого входы второго коммутатора 8 и далее слова с эталонным устройство неис 5через его третий и четвертый выходы правно и должно быть восстановлено. на третий 22 и четвертый 21 входы Предлагаемая структура устройства блока 3 управления, Однако до мо-. расширяет его эксплуатационные возмента выработки сигнала "Старт" двоич- мощности позволяет использовать в ные сигналы на первом 24 и втором режиме оперативного самоконтроля,что 25 выходах блока 3 управления отсут- повышает степень готовности устройствуют.яа пульте 5 управления делают- с а к рабо е.Предлагаемое устройство позволяся установки, в результате котоет кодировать логическое состояние, рых управляющий сигнал 35 с его перосуществлять эффективный контроль и вого выхода 31 выдается на третий вход осуществлять фф регистра 1 сдвига, на второй входсчетчика 7, на второй вход формироасинхронных цифровыха также кодировать, конвателя 9 одиночного импульса, на пя- фтый вход 23 блока 3 управления и нат оли овать и диагностировать синхронвыход цифрового об е та 11ные цифровые объекты комбинированным обеспечивается установка в ноль уст- Щ способом, т.е. при одновременном исройства и цифрового объекта 11. пользовании ключевых слов, полученУправляющий сигнал с четвертого ных способом переходного счета и сповыхода 34 пульта 5 управления выдает- собом сигнатурного анализа, длЯ кажся на третий вход формирователя 9 оди- дой точки объекта. ночного импульса и разрешает формиро- Явание одиночного импульса. Повторнаяподача сигнала на третий вход форми- Формула изобретения рователя 9 не приводит к выработкеодиночного импульса, пока формирова- Устройство для контроля цифровых тель 9 не будет установлен. в исход- З 0 объектов, содержащее регистр одвига, ное состояние сигналом установки в сумматор, блок управления, блок ноль. При этом с выхода формировате- индикации, пульт управления, причем ля 9 одиночный импульс поступает в первый выход блока управления соедикачествесигнала "Старт" на девятый нен с первым входом сумматора, выход вход второго коммутатора 8 и далее которого соединен с первым входом с его второго выхода на второй вход .регистра сдвига, второй выход3519 блока 3 управления. По сигналу блока. управления соединен со "Старт" 19 в блоке 3 управления вторым входом регистра сдвига, размещаются сигналы, поступившие в первый выход которого соединен со качестве сигналов 1 Синхронизация" 22 вторым входом сумматора, первый выи фДвоичная последовательностью 21, 40 ход пульта управления соединен с и выдаются со второго 25 и первого третьим входом регистра сдвига и 24 выходов блока 3 управления на пятым входом блока управления, второй вход регистра 1 сдвига и на о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, первые входы сумматора 2 и счетчика с целью расширения эксплуатационных7 соответственно, на которых осуще я воэможностей устройства за счет ствляются параллельно преобразования обеспечения воэможности контроля двоичной последовательности способом асинхронных цифровых систем, устсигнатурного анализа и методом пере- ройство содержит первый коммутаходного счета, как описано выше. При тор, счетчик, формирователь одиночпереполнении счетчика 7 с его второ ного импульса, задающий генератор го выхода выдается сигнал перепол- и второй коммутатор, причем первыйнения, поступающий на первый вход и второй входы счетчика соединенывторого коммутатора 8 в качестве сиг- соответственно с первым выходомнала "Стоп" и далее через его пер" блока управления и с первым выходомвый выход на первый вход 20 блока 3 пульта управления, первый выходуправления, осуществляющий разрешение счеТчика соединен с первым входом в блоке 3 управления сигналов "Синхро- первого. коммутатора, второй и тренизацияф 22 и "Двоичная последова- тий входы которого соединены сооттельностьф 21. При этом прекращается ветственно со вторым выходом регистпреобразование двоичной последова- ра сдвига и вторым выходом пультательности на сдвиговом регистре 1 66 Управления, а выход . - со входом блока и счетчике 7, и на блоке 4 индика- индикации, второй выход счетчика соеции высвечивается ключевое слово, динен с первым входом второго комму- соответствующее логическому состоя- татора, второй вход которого соединив устройства. При совпадении полу- нен с третьим выходом пульта управченного ключевого слова с эталонным я ления, первый выход которого соединен со входом цифрового объекта, третий, четвертый, пятый и шестой входы второго коммутатора соединены с группой выходов цифрового объекта, а первый, второй, третий и четвертый выходы второго коммутатора .соединены соответственно с первым, вторым, третьим и четвертым входами блока управления, выход задающего генератора соединен с седьмым и восьмым входом второго коммутатора и с первым входом формирователя одиночного импульса, второй и третий входы которого соединены соответственно с первым и четвертым выходами пульта управления, а выход - с девятым входом второго коммутатора. 152. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит усилители, триггерыи элементы И, при этом входы кавуого усилителя являются входами блока.управления, выход первого и второгоусилителя подключены к первым входамсоответствующего элемента И, вторыевходы которых объединены и подключены к выходу триггера, входы которогоподключены к соответствующим выходамвторого и третьего усилителей, о-йвход триггера является входом блокауправления, выходы элементов Иявляются выходами блока управления.ЬИсточники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США В 3573751,кл, 340-1725, ойублик, 1971.2. Патент США,У 3976864,кл. 235-153, опублик. 1976 (прототип),