大规模数字模拟电路逻辑故障诊断与可靠性设计实验报告 .doc
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1、大规模数字模拟电路逻辑故障诊断与可靠性设计实验报告学生姓名:学 号:同组成员: 2011年12月18日目录第一部分:数字电路系统故障诊断与可靠性设计11 伪穷举法数字逻辑电路故障诊断11.1 实验目的11.2 实验原理11.3 实验内容21.4 实验设备21.5 实验步骤21.6 实验结果分析42 故障字典法数字逻辑电路故障诊断52.1 实验目的52.2 实验原理52.3 实验内容52.4 实验设备62.5 实验步骤62.6 实验结果分析73 布尔差分法数字逻辑电路的故障诊断83.1 实验目的83.2 实验原理83.3 实验内容103.4 实验设备103.5 实验步骤103.6 实验结果分析1
2、2第二部分:模拟电路系统故障诊断与可靠性设计实验131 故障字典法测试模拟电路系统故障131.1 实验目的131.2 实验原理131.3 实验设备141.4 实验内容141.5 实验结果分析171.6 思考题19第三部分:总结、实验心得20第一部分:数字电路系统故障诊断与可靠性设计1 伪穷举法数字逻辑电路故障诊断1.1 实验目的1) 理解穷举法和伪穷举法在测试组合逻辑电路故障中各自的优缺点。2) 掌握用伪穷举法测试查找组合逻辑电路故障的方法。1.2 实验原理一个具有个原始输入端的组合电路实现逻辑功能,而原设计的逻辑功能为,如果对于任意设计维矢量有那么认为所设计或使用的电路是正确的,或者说是无故
3、障的。显然,为了全面校核该组合电路,应把所有可能的都作为输入矢量,然后观察其输出(响应)是否与原设计相符,以鉴别其是否有故障,这种做法叫穷举法。穷举法可以检测电路中所有可能的故障,但由于其测试的工作量太大,因此在实际应用上,尤其是对大型电路的测试存在困难,甚至是不现实的。穷举法虽然有测试费时的缺点,但是它具有测试矢量产生简单,故障检测率高等显著的优点,故一直对研究人员有很大的吸引力。针对上面介绍穷举法具有测试工作量大的缺点,伪穷举法应运而生。伪穷举法的主要思路是把电路分割成若干小块,以便减少测试所用的输入矢量数目。图1 电路图如图1所示,该电路有4个原始输入端,因此用穷举法测试应施加个不同的测
4、试矢量。现在把电路B点分开,变成2个子电路,断开点B对于门来说是一个伪输入端,用记之。为了穷举测试门,必须有4个测试矢量。同时为了能在可及端处观察到B点的变化情况,A的电平需要是0电平,这仅需或者即可实现,因此总的测试矢量数是4个。为了穷举测试除以外的电路,除原始输入端和以外还有伪输入端,相当于有3个输入端,因此共需个测试矢量。因此测试完整个电路共需要个输入矢量,这已经比一般的穷举法测试需要的16个输入矢量少了4个。事实上精心选择只需要8个输入矢量即可穷举测试完全部电路。因为这两个子电路的有些测试矢量是相容的。1.3 实验内容利用穷举法和伪穷举法分别对下面电路进行故障测试,并定位故障。1.4
5、实验设备1) 数字电路系统故障诊断实验装置2) 计算机及实验控制软件3) 直流稳压电源1.5 实验步骤1) 检查无误后通电。2) 运行数字电路系统故障诊断实验控制软件,进入实验1的界面,如图2所示。图2 “数字电路系统故障诊断-伪穷举法”操作界面3) 写出“OUT701”的布尔函数表达式:OUT701 = IN701IN702IN703IN7044) 按操作界面的“正常”命令按钮,使电路工作在正常状态,用穷举法测试,写出输入测试向量和输出结果如表1所示。表1 测试向量及结果IN701IN702IN703IN704OUT701OUT702OUT70300000110001011001001000
6、110100100011010101101100110111010100001110010111010010101101011000011101001111000011111005) 如果采用伪穷举法,分别写出“OUT702”、“OUT703”、“OUT704” “OUT705”、“OUT706”故障分别为(s-a-1)和(s-a-0)下的测试向量并验证查找“故障1”和“故障2”的故障节点。令A=IN701,B=IN702,C=IN703,D=IN704,则各节点测试向量如表2。表2 各节点测试向量输出信号布尔表达式故障类型测试向量OUT701/702/703ABCD正常故障1故障2OUT70
7、2s-a-000110/1/00/1/01/1/001110/1/00/1/01/1/010110/1/00/1/01/1/0s-a-111111/0/00/0/01/0/0OUT703s-a-011010/0/10/0/11/0/1s-a-111111/0/00/0/01/0/0OUT704s-a-000010/1/10/1/11/1/100110/1/00/1/01/1/001010/1/10/1/11/1/101110/1/00/1/01/1/010010/1/10/1/11/1/110110/1/00/1/01/1/011010/0/10/0/11/0/1s-a-111111/0/00
8、/0/01/0/0OUT705s-a-000000/1/10/1/10/1/100010/1/10/1/11/1/100100/1/00/1/00/1/000110/1/00/1/01/1/001000/1/10/1/10/1/101010/1/10/1/11/1/101100/1/00/1/00/1/001110/1/00/1/01/1/010000/1/10/1/10/1/110010/1/10/1/11/1/110100/1/00/1/00/1/010110/1/00/1/01/1/11000/0/10/0/10/0/111010/0/10/0/11/0/111100/0/00/0/00
9、/0/0s-a-111111/0/00/0/01/0/0OUT706s-a-011100/0/00/0/00/0/0s-a-111111/0/00/0/01/0/01.6 实验结果分析比较正常状态与故障1状态输出结果可以得到(1111)时,正常输出为1,故障1输出为0,此时发生故障,其他15种情况都与正常同。而(1111)所对应的测试的时节点的(s-a-1)故障,说明在节点必为(s-a-1)故障。由于OUT702,OUT703,OUT704,OUT705,OUT706检测(s-a-1)故障的节点有且仅有(1111),所以无法分辨(s-a-1)故障最终在哪个节点发生(s-a-1)故障,故故障1检
10、测为(s-a-1)故障,但无法确定故障节点的位置。比较正常状态与故障2状态输出结果可以得到(0000),(0011),(0101),(0111),(1001),(1011),(1101)这七种输出时,电路发生故障。通过上表可以得出这些点都时判断(s-a-0)故障的,所以故障2为(s-a-0)故障,这7种输出分别在OUT702,OUT703,OUT704中,所以故障节点为OUT702,OUT703,OUT704中的一个。因为是单故障系统,所以假设特定某一个节点故障,则其他都应该时正常的。现假设OUT702为(s-a-0)故障,则OUT703,OUT704为正常。属于OUT702的判据为(0011
11、)(0111)(1011)。(0111),(1001),(1011),(1101)是OUT703,OUT704的判据,如果假设成立,则这4种情况也应该正常,假设矛盾,说明假设不成立。同理OUT703也是如此,所以故障的一定时OUT704,这7种情况均为OUT704对应(s-a-0)故障的判据。所以可得故障2为(s-a-0)故障,故障节点是OUT704。2 故障字典法数字逻辑电路故障诊断2.1 实验目的1) 理解故障字典法的原理。2) 掌握用故障字典法测试查找组合逻辑电路故障的建立方法和原则。2.2 实验原理数字电路故障诊断的关键是建立故障字典,主要步骤如下:1) 数字电路按功能分块,原则是:a
12、) 当多路输入汇聚于某个器件且该器件的输出为新的器件的汇聚点时,则多路输入和汇聚器件划分为一个功能块。b) 当多路输入汇聚于某个器件且该器件的输出不为新的器件的汇聚点时,则重汇聚器件的输出传递到新的汇聚器件之前的电路划分为一个功能块。c) 对简单的几个汇聚叠加器件可以合并为一个功能块。2) 生成测试向量,对每个功能块生成测试向量,在各功能块测试向量的生成过程中,可以采用两种思路来简化:一是考虑功能块在个输入端选择一个共同的基向量,二是基于器件可能的工作状态来穷举测试向量。3) 按功能块的输入、输出关系进行测试码的迭代。迭代方法:从最后一级功能块开始,根据后一级功能块的输入对前一级功能块的输入要
13、求,从前一级功能块中列出满足后一级功能块要求的输入状态的组合。当前以及输入状态的组合不能在后一级功能块的输出中完全列出时,将后一级功能块的测试码对应的状态进行重复列写。2.3 实验内容利用故障字典法对实验电路进行故障测试,并定位故障。2.4 实验设备1) 数字电路系统故障诊断实验装置。2) 计算机及实验控制软件。3) 直流稳压电源。2.5 实验步骤1) 检查无误后通电。2) 运行数字电路系统故障诊断实验控制软件,进入实验2的界面,如图3所示。图3“数字电路系统故障诊断-故障字典法”操作界面3) 写出“OUT501” 、“OUT502” 、“OUT503”、的布尔函数表达式。=,OUT501OU
14、T502OUT5034) 根据图中电路,分别写出“OUT504”、“OUT506”,“OUT508”3个节点在故障为(s-a-1)、(s-a-0)故障的情况下的输入测试矢量,使得该节点的故障能够传输到输出端“OUT501” 、“OUT502” 、“OUT503”。表3 OUT504在故障为(s-a-1)、(s-a-0)故障的情况下的输入测试矢量故障输 入IN5XX故障输出OUT5XX正常输出OUT5XX0102030405060708091011010203010203s-a-100001100100011010s-a-011001100100010011表4 OUT506在故障为(s-a-1
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