Диагностирование устройства

3 Диагностирование устройства

                           

 

      3.1 Тестовое диагностирование

 

Техническое диагностирование является одним из важнейших средств обеспечения и поддержания надёжности УЧПУ.

   Под техническим диагностированием понимается область знаний, разрабатывающая методы и средства поиска отклонений в режимах работы УЧПУ, обнаружения и устранения дефектов в системе.

Различают функциональное и тестовое диагностирование.

Функциональное диагностирование позволяет определить техническое состояние системы или ее элементов по рабочему воздействию на неё. Рабочее воздействие контролирует исполнение системой заданных функций при заданных параметрах и выявляет причины нарушения её функционирования.

Тестовое диагностирование позволяет проверить техническое состояние системы по тестовому воздействию на неё. По тесту проверяются параметры системы и её элементов и причины их отклонения от заданных значений.

    Под тестом понимается совокупность тестовых наборов на которых выполняется данная логическая функция.

   Тестовый набор – это некоторая двоичная последовательность, предназначенная для контроля и диагностики дискретных устройств. Дискретное

устройство выполнено в виде отдельной схемы, либо в виде совокупности этих схем.

Под тестовой последовательностью понимается совокупность всех тестов, на которых выполняется данная логическая функция.

Тестовая программа – это программа, составленная специальным образом, позволяющая с определённой вероятностью обнаружить элемент системы, в котором имеется неисправность, либо группу таких элементов.

Для контроля правильности функционирования УЧПУ Маяк-221, кроме пульта контроля и блока индикации, применяется автоматическая диагностика по тестам, входящим в программное обеспечение. Тестовым контролем охватываются блок резьбы, микроинтерполятор, микро-ЭВМ и адаптер.

Для контроля блока резьбы программно производится переключение его в режим «Контроль». Тест производит запись числа β и считывание чисел α, которые сравниваются со значениями занесенными в память микро-ЭВМ.

Для контроля микроинтерполятора в блоке интерфейса пульта оператора имеется счётчик, который производит подсчет импульсов унитарного кода по одной из осей координат, при этом координаты проверяются поочередно.

Правильное функционирование блоков резьбы и микроинтерполятора косвенно свидетельствует о том, что микро-ЭВМ и адаптер тоже функционируют нормально. Тест диагностики контролирует устройство при нажатии клавиши

АВТОМАТ. При правильной отработке теста на блоке индикации горит индикатор ТЕСТ, а при неисправности индикатор ОШИБКА. При этом по коду ошибки под адресом КОД ОСТ можно определить характер неисправности.

Функциональное тестовое диагностирование применяется для проверки параметров работы, поиска неисправности и локализации ошибки в блоках ЧПУ.

  Тестово-диагностический комплекс «ТДК ЧПУ» представляет собой комплекс аппаратных и программных средств на базе персонального компьютера.

   Обладая всеми свойствами сервисных приборов (надежность, малые габариты, простота обслуживания) комплекс, используя возможности современного компьютера, является гибким и универсальным, что позволяет автоматизировать ремонт и наладку различных типов промышленных электронных устройств.   

Тестово-диагностический комплекс «ТДК-ЧПУ» представлен на рисунке 6.

 

             

                 

    Рисунок 6 - Тестово-диагностический комплекс «ТДК-ЧПУ»

       

   В состав комплекса «ТДК-ЧПУ» входят:

  – Программируемый контроллер:

Число каналов ввода-вывода – 96, 144 и 192;

Уровни сигналов – КМОП, ТТЛ.

– Плата связи с ПЭВМ.

– Зонд логический - одноканальный логический анализатор-генератор.

– Блок питания (+5V,-5V,+12V,-12V) для диагностируемых устройств

– Универсальные и специальные адаптеры для подключения диагностируемых

 

устройств.

– Эмулятор ППЗУ – для диагностики и наладки микропроцессорных устройств.

– Программатор микросхем.

Диагностический комплекс работает под управлением программного обеспечения, которое позволяет реализовать различные методы диагностики электронных устройств:

 – Проверку в статическом режиме;

 – Сигнатурный анализ;

 – Логический анализ;

 – Функциональное тестирование.     

Тестируемая электронная плата подключается к диагностирующему комплексу с помощью адаптера подключения, который представляет собой жгут с разъёмами подключаемые к выходному разъёму комплекса, блоку питания и диагностируемой плате.

Диагностика электронных плат в статическом и псевдодинамическом режимах выполняется посредством программы «Тест контактов». Программа позволяет, установив манипулятор «mouse» на определенный контакт разъема тестируемой платы, отображаемый на экране монитора, подать на этот контакт сигналы логического «0» или «1», циклическую последовательность сигналов, считать информацию с выходных контактов платы однократно или циклически.

Используя логический ЗОНД, подачу или контроль сигналов можно осуществлять в любой точке платы.

При использовании сигнатурного анализа тестовая программа многократно прогоняется по кольцу, определяя сигнатуры на выходных разъемах устройства и сравнивая их с эталоном. Если находится несоответствие, дальнейшая локализация происходит с помощью ЗОНДА, путем снятия сигнатур с контрольных точек платы.

Программа «Диагностический тест» – наиболее мощное средство тестирования электронных устройств. Программа позволяет задавать алгоритм тестирования, что дает возможность производить ремонт практически любой цифровой или цифро-аналоговой платы. Алгоритм задается в тестовом файле, для создания которого пользователь заполняет заданный программой шаблон. Тестовый файл включает временные диаграммы сигналов управления, компактные описания многоразрядных, периодических сигналов и повторяющихся фрагментов теста, входных и выходных данных. Возможность использования в одном тестовом файле до пяти тестов, позволяет применить метод логического разделения системы, т.е. осуществить последовательные проверки логических подсистем (узлов) электронных плат.

Программа «ТЕСТ ОЗУ» – осуществляет диагностику различных типов оперативных запоминающих устройств. Модуль ОЗУ проверяется при помощи тестов шины адреса, бегущая строка, бегущая «1» и «0», бегущая диагональ. Для статических ОЗУ с подпиткой имеется возможность сохранить содержимое ОЗУ в файле, записать данные из файла в ОЗУ, проверить ОЗУ на сохранность информации.

Программа «ТЕСТ ПЗУ» – предоставляет полный набор средств для ремонта плат, содержащих микросхемы ПЗУ: сравнение данных ПЗУ с эталоном, поиск неисправной микросхемы памяти, запись содержимого микросхем ПЗУ в файл, просмотр, редактирование данных ППЗУ, формирование из общего массива данных файл для записи в микросхему ППЗУ, программирование микросхем ППЗУ.

Программатор микросхем ППЗУ (PROM и EPROM) – представляет собой адаптер с колодками для установки микросхем ППЗУ. Отличие этого программатора от других состоит в том, что пользователь по приведенной методике может без особого труда самостоятельно изготовить программатор для требуемых микросхем ППЗУ.

Ремонт микропроцессорных устройств (МПУ) является наиболее сложной задачей, которую позволяет решить использование эмулятора ПЗУ и программы «ТЕСТ МПУ». Эмулятор ППЗУ используется для задания процессору тестовой последовательности команд. Объем памяти эмулятора 16 килобайт, разрядность - 16 бит. Эмулятор соединяется с тестируемым устройством через колодки системного ПЗУ. Программа позволяет эффективно обнаруживать неисправности 8 и 16 разрядных МПУ с процессорами типов 8080, 8085, 8086, Z80, Motorola 68xx, 8048и др. Пользователь может формировать собственную диагностическую программу на языке процессора тестируемой платы или использовать стандартные тесты. Для тех процессоров, ассемблер которых не поддерживается, тесты могут создаваться в двоичном коде.

 

3.2 Диагностика с помощью универсальных приборов

 

   3.2.1 Мультиметр – комбинированный электроизмерительный прибор, объединяющий в себе функции амперметра, вольтметра и омметра.

   По своему исполнению мультиметры бывают:

– Аналоговые (стрелочные)

– Цифровые             

   Аналоговые мультиметры состоят из стрелочного микроамперметра (магнитоэлектрического измерительного прибора), набора шунтов, при помощи которых определяется значение силы тока, а также набора специальных добавочных резисторов (для измерения напряжения). Для измерения сопротивления используется встроенный либо внешний источник питания (второй применяется при измерении сопротивлений более 1 МОм). Технические характеристики стрелочных мультиметров в первую очередь определяются чувствительностью микроамперметра.

   Цифровой мультиметр подобен аналоговому мультиметру в том отношении, что он также является универсальным измерительным прибором, способным измерять напряжение, ток и сопротивление. Основным отличием является то, что результаты измерений выводятся на устройство десятичной цифровой индикации. В большинстве цифровых мультиметров имеется жидкокристаллический индикатор (дисплей), который похож на дисплей, используемый в цифровых электронных часах. Значение тока, напряжения или сопротивления выводится в виде десятичных цифр на семисегментные индикаторы. Индикация в более старых цифровых мультиметрах осуществляется с использованием индикаторов на светоизлучаюших диодах. В некоторых стендовых больших мультиметрах все еще используются светодиодные индикаторы.

   Общий вид мультиметра представлен на рисунке 7.

 

    

                               

 Рисунок 7 – Общий вид мультиметрa

 

   Любой мультиметр имеет два вывода, черный и красный, и от двух до четырех гнезд. Черный вывод является общим (масса). Красный называют потенциальным выводом и применяют для измерений. Гнездо для общего вывода помечается как com или просто (-) т.е. минус, а сам вывод для того, чтобы при измерении можно было зацепить его за массу электронной схемы. Красный вывод вставляется в гнездо помеченное символами сопротивления или вольты (V или +), если гнезд больше чем два, то остальные обычно предназначаются для красного вывода при измерениях тока. Помечены как A (ампер), mA (миллиампер), 10A или 20A соответственно.

   Принцип работы мультиметра основан на сравнивании входного сигнала с опорным. В основе цифрового мультиметра – АЦП двойного интегрирования. Изменение предела измерений реализуется на резисторных делителях; если в мультиметре есть милливольтовое деление, возможна реализация оборудования на встроенном усилителе с возможностью изменения коэффициента усиления. Напряжение измеряется путем прямого подключения к цепи. Измерение тока основано на падении напряжения на встроенных резисторах (разный резистор для разного предела измерения). Сопротивление измеряется при подаче фиксированного тока на резистор, с которого считывается значение (включение резистора реализовано на обратной связи инвертирующего усилителя).

3.2.2 Осциллограф – устройство, позволяющее наблюдать и регистрировать электрические сигналы, а также измерять их параметры.

   Осциллограф предназначен для измерения амплитуды, длительности, частоты, глубины модуляции, величины фазового сдвига. Основная его функция заключается в  воспроизведении в графическом виде различных электрических колебаний (осциллограмм). Чаще всего с помощью осциллографа наблюдается зависимость напряжения от времени в декартовой системе координат. Ось Х является осью времени, а по оси Y откладывается напряжение сигнала. Благодаря широкому диапазону развёртки он позволяет так развернуть импульс, что можно контролировать даже наносекундные интервалы.

Обобщенная блок-схема осциллографа представлена на рисунке 8.

                          

                

 

      Рисунок 8 – Обобщенная блок-схема осциллографа

   

   Осциллографы классифицируются на:

– Универсальные С1

– Скоростные С7 (стробоскопические)

– Запоминающие С8

– Специальные С9

   Универсальные используются для исследования разнообразных электрических сигналов с длительностью от нано секунд до нескольких секунд, с амплитудой от доли милливольт до сотен вольт с диапазоном чисел 300-400 мегагерц.

   Скоростные предназначены для исследования быстропротекающих процессов, они позволяют наблюдать и фотографировать сигналы.

   Запоминающие имеют специальную ЭЛТ способную сохранять и воспроизводить сигналы после исчезновения его на выходе.

   Специальные имеют дополнительные блоки целевого назначения, к ним относятся телевизионные и цифровые осциллографы.

   Телевизионные выделяют видеосигнал заданной строки изображения.

   Цифровые осциллографы передают исследуемый сигнал на компьютер для его дальнейшей обработки.

   По способу обработки входного сигнала осциллографы бывают:

   – Аналоговыми         

   – Цифровыми

   Схема осциллографа состоит из 3-х каналов (Y, X и Z), калибратора и устройства отображения информации – ЭЛТ.

   Канал вертикального отклонения (Y) формирует вертикально отклоняющее напряжение и в основном выполняет функции усиления колебаний на входе Y. Канал состоит из аттенюатора, предварительного усилителя, линии задержки и конечного усилителя. Линия задержки позволяет запускать генератор развертки фронтом исследуемого импульса до того, как начнется отклонение луча по вертикали под действием этого импульса, что позволяет в режиме внутренней синхронизации наблюдать фронт импульса.

   В канале горизонтального отклонения (X) формируется пилообразное напряжение, вырабатываемое генератором развертки. Переключателем SA1 выбирают вид синхронизации: внешнюю и внутреннюю. Внешний синхронизирующий сигнал подводят ко входу Х осциллографа. В некоторых осциллографах на вход Х подают исследуемый сигнал, который поступает на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, но при этом переключателями SA2 и SA3 отклоняют генератор развертки. Иногда исследуемый сигнал подают непосредственно на пластины.

   Канал управления яркостью луча (Z) служит для создания на осциллограмме яркостных меток или гашения луча на время обратного хода развертки и режима ожидания при ждущей развертке. Внешний сигнал для управления яркостью подводят ко входу Z осциллографа. Канал содержит усилитель – ограничитель и устройство управления яркостью луча.

   Предварительные усилители для усиления вертикально отклоняющего напряжения выполняют по схеме балансного УПТ с повышенной устойчивостью к изменению температуры и напряжения питания. Усилители выполняют регулируемыми: плавное изменение коэффициента усиления, балансировка по постоянному напряжению. Первый каскад обычно выполняют по схеме повторителя, обеспечивающего высокое входное сопротивление.

   В зависимости от требуемого времени задержки линию задержки выполняют с сосредоточенными и распределенными параметрами.

   Оконечные усилители формируют два противофазных напряжения для отключения пластин ЭЛТ. Усилители нагружены емкостью до десятков пФ и для широкой полосы пропускания выбирают малые сопротивления нагрузки и мощные транзисторы.

   3.2.3    Логический анализатор данных ЛАД-03 обладает свойствами классического анализатора и дополнительными сервисными возможностями, направленными на облегчение диагностики и ремонта микропроцессорных устройств.

   Графическое представление логического анализатора данных ЛАД-03 приведено на рисунке 9.

 

                   

                

    Рисунок 9 – Логический анализатор данных ЛАД-03

       

   Основной отличительной особенностью логического анализатора ЛАД-03 является возможность создавать эталонные файлы, содержащие алгоритм работы заведомо исправного устройства, а затем сравнивать их с файлами тестируемых устройств. Результат сравнения, представленный в виде конкретных данных, адресов, команд, свойственных исследуемому объекту, способен указать пользователю на неисправность или подсказать дальнейшее направление ее поиска. Эта возможность реализуется посредством ряда особенностей, присущих данному прибору:

   Логический анализатор ЛАД-03 имеет 40 входных каналов. Вместе с тем программное обеспечение анализатора позволяет снять в одном тестовом файле до 120 временных диаграмм сигналов. Использование синхронного запуска анализатора и объекта контроля, предоставляет возможность последовательно снимать данные в одноканальном (режим «Зонд») и многоканальном режиме, а затем сводить их на одном экране, получая целостностную картину работы узла из множества отдельных диаграмм. Одноканальный, последовательный съем данных (метод pin by pin) даёт возможность тестировать электронные платы с любой плотностью монтажа и компоненты с любыми типами корпусов. Глубина тестирования не ограничена объемом памяти анализатора за счет организации многократного заполнения ОЗУ. Глубина тестирования модели ЛАД-03 может быть 65535х256 тактов, что дает возможность протестировать процессор практически на всем адресном пространстве ПЗУ.

   В синхронном режиме (режим внешней синхронизации) ЛАД-03 фиксирует в цифровой памяти логические состояния на своих входах в моменты, определяемые синхронизирующим сигналом, который может быть снят с тестируемого объекта и подан на любой из 40 входных каналов анализатора или на специальный канал внешней синхронизации, имеющий защиту от помех. Для разделения полученной информации по типам: команды, данные, адреса и т.п.

используются так называемые «Слова данных», позволяющие формировать из входных каналов группы шин. Порядок расположения каналов в шине определяет для каждого такта синхронизации определённый код, являющийся в этом такте числовым значением «Слова данных». Данные размещаются в таблице согласно заданной системе счисления и сравниваются с ранее снятым эталоном, а команды могут быть дизассемблированы. Табличное представление данных позволяет быстро и точно определить такт, на котором начались сбои в работе процессора или произошел его останов.

   Асинхронный режим работы или режим внутренней синхронизации дает возможность получения от объекта исследования информации с высокой степенью дискретизации и используется как правило для локализации неисправности. В асинхронном режиме работы классического анализатора невозможно увязать процесс съёма информации с внешним сигналом. Для осуществления программным обеспечением ЛАД-03 виртуальной синхронизации вывода полученной информации на экран, используются «каналы синхронизации», которые выбираются пользователем из всего массива диаграмм, задействованных в данном файле. Такой подход позволяет показывать в таблице только выборочную информацию, снятую в моменты времени, привязанные к выбранному фронту или уровню сигналов синхронизации. Таким образом, находясь в асинхронном режиме, ЛАД-03 позволяет работать со словами данных по той же методике, что изложена выше для синхронного режима. Как и в синхронном режиме будут сформированы команды, данные, адреса для сравнения их с эталоном.

   Логический анализатор данных ЛАД-03 имеет два уровня запуска: запуск 1-го и 2-го порядка. Запуск 1-го порядка используется для одновременного запуска анализатора и объекта контроля. Запуск 2-го порядка используется для задания начала съема данных с определенного такта работы процессора или с момента появления на шинах процессора заданных адреса, кода данных, команды. Сигнал запуска 2 порядка может использоваться для запуска осциллографа с целью просмотра осциллограмм цифровых или аналоговых сигналов в заданный момент времени.

   ЛАД-03 наряду с анализом параллельных данных реализует возможность приема и анализа последовательных данных в соответствии со стандартом интерфейса RS232. Полученная информация может быть просмотрена в виде временных диаграмм или таблицы кодов.

   3.2.4 Логический пробник – это прибор (устройство), легко удерживаемое одной рукой и позволяющее оперативно получить информацию о состоянии какой-либо линии связи, обычно цифровой.

   Логические пробники часто используются при налаживании логических блоков и поиске неисправностей в цифровых устройствах. При этом локализовать неисправность можно быстрее, если дополнительно к пробнику применить пульсатор, который обеспечивает формирование коротких и мощных импульсов, переводящих состояние контролируемой логической цепи в противоположное.

   Внешний вид логического пробника представлен на рисунке 10.

         

    Рисунок 10 – Логический пробник

 

   Конструктивно все элементы схемы размещаются на печатной плате размерами 1,5 X 10 X 80 мм. Плата вставляется в цилиндрический корпус. С одной стороны на него навинчиваются разделенные экраном две конические втулки из оргстекла разного цвета и непрозрачный наконечник с иглой, к другой стороне корпуса подводится шнур питания. Питается логический зонд от источника питания проверяемой схемы или отдельного источника. Длина зонда вместе с иглой 167 мм, диаметр корпуса 14 мм.

   Основные технические характеристики:

– напряжение питания – 5±0,25 В;

– средний потребляемый ток – не более 50 мА;

– порог переключения в состояние 1 – 2,4±0,15 В;

– порог переключения в состояние 0 – 0,4±0,1 В;

– напряжение вершины положительного импульса при токе нагрузки 50 мА – не менее 2 В; 

– напряжение седловины отрицательного импульса при токе нагрузки 50 мА – не более 0.8 В;

– габариты – 220x25x20 мм;

– масса – не более 75 г.