Встроенная аппаратура для контроля работоспособности комбинационных устройств

Для контроля работоспособности многих логических схем можно использовать встроенные аппаратные методы диагностирования. Проиллюстрируем использование этих методов на примере контроля работоспособности дешифратора.

Пусть надо контролировать работу дешифратора на два входа и четыре выхода. При нормальной работе дешифратора лишь на одном выходе появляется единица. Контроль такой ситуации возможен при помощи простой схемы ИЛИ - исключающее. При таком нарушении работы дешифратора, которая повлечет появление нескольких еди­ниц на выходе, или при наличии только нулей на выходах ошибка будет обнаружена. Но некоторые неисправности, а именно такие, когда на i -м выходе только одна единица вне зависимости от набора { x₁, х₂ }, такой системой не обнаруживаются.

Другим способом обнаружения неисправности может быть двой­ное резервирование и сравнение каждого выхода двух дешифраторов с помощью схемы сложения по mod 2 с последующим включением схемы ИЛИ на выходы схем сложения по mod 2. Если на схеме ИЛИ появляется «1», то это означает, что один из дешифраторов работает неправильно. Естественно, что предполагается, что невозможна оди­наковая ошибка в двух дешифраторах одновременно.

Другим возможным способом контроля работы комбинационных устройств является метод обратного логического преобразования. Суть этого метода проиллюстрирована на рис. 29. На вход основной комбинационной схемы подается набор входных переменных х. После преобразования получается набор выходных сигналов F(x). Этот набор подается на схему обратного логического преобразования F¹(x). На выходе этой схемы появляется набор х. Если вход х и х совпадают, значит ошибок в работеF(x) и, конечно, F¹(x) и устройства сравнения нет.

Простейшим примером такого контроля может служить схема контроля работы инвертора. В качестве обратного логического пре­образования служит такой же инвертор (рис. 30). Для более слож­ных логических комбинационных схем метод обратного логического преобразования для полного контроля работоспособности возможен только в случае, если число выходов схемы не менее числа входов и если на выходах возможен полный перебор комбинаций.

Рис.29 Контроль методом обратного логического преобразования

Рис.30 Пример контроля работоспособности инвертора с помощью обратного логического преобразования

Поясним это на примере схемы 2И. На выходе И единица получается, только когда x₁= х₂ = 1. Ясно, что по этим выходам 2И нельзя восстановить значения входов х₁и х₂, так как при трех комбинациях входов на выходе схемы будет 0.

Также нельзя осуществить полный контроль, если, например, логическая схема с двумя выходами y₁=x₁&x₂, y₂=x₁+x₂, так как легко показать, что при двух входах х₁ =1, х₂ = 0, и х₁ =0, х₂ =1 выходы y_{1 ,} y₂ будут одинаковыми (y₁ =0, y₂ =1).

Полный контроль при помощи обратного преобразования возможен только в том случае, если y является полным перебором выходов { y }. Приведем следующий пример: y₁=x₁+y₂ и y₂=x₁. Тогда обратное преобразование происходит, если x₁ = y₂ и x₂ = y₁ + y₂. В этом случае схема F^-1(x) получается более сложной, чем схема за счет схем сравнения.

Можно привести пример, когда схема получается более простой, чем F(x). Пусть y₁ = x₁x₂ y₂ = x₁ + x₂, y₃ = x₁x₂ + x₁x₂. Проведя аналогичные выкладки, можно найти, что x₁= y₁ + y₂y₃ и x₂ = y₁ + y₂ в построении F^-1(x) используется следующие комбинации y₁y2y₃: 001, 010, 011 и 110.