Logikanalysator. Versuch 8 im Informationselektronischen Praktikum. Studiengang Elektrotechnik und Informationstechnik

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1 Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Mikro- und Nanoelektronik Fachgebiet Elektronische Schaltungen und Systeme Logikanalysator Versuch 8 im Informationselektronischen Praktikum Studiengang Elektrotechnik und Informationstechnik 2.Studienschwerpunkt: Mikro-, Nanoelektronik und Elektrotechnologie (BA) Betreuer: Dipl.-Ing. Thomas Rommel Raum H1556, Tel Praktikumsraum: H 1555

2 Inhaltsverzeichnis 1. VERSUCHSZIEL THEORETISCHE GRUNDLAGEN ALLGEMEINE BEDIENUNGSHINWEISE AUFGABEN VERSUCHSDURCHFÜHRUNG... 4 Aufgabe 1:... 4 Aufgabe 2:... 4 Aufgabe 3:... 4 Aufgabe 4:... 5 Aufgabe 5: LITERATUR... 5 Verantwortliche Betreuer: Dipl.-Ing. Th. Rommel, Tel

3 1. Versuchsziel Erfassung des zeitlichen Ablaufs von Signalen aus einer digitalen Schaltung zur geeigneten Fehleranalyse. Kennenlernen verschiedener Analysemethoden (Zustandsanalyse, Timing- Analyse, Glitch ) 2. Theoretische Grundlagen Der zeitliche Verlauf von Messsignalen kann mit analog oder digital wirkenden Oszilloskopen erfasst werden; es ist jedoch nur sinnvoll, bis zu vier Messspannungen auf dem Bildschirm quasi gleichzeitig darzustellen. Die Auswahl der Triggerbedingungen ist dabei, um die richtige zeitliche Zuordnung der Eingangssignale zu erhalten, recht schwierig. Je nach Bandbreite des verwendeten Oszillographen können zeitliche Auflösungen bis zu einigen ns erreicht werden. Die Impulsparameter wie Impulsdauer, Anstiegs- und Abfallzeiten und zeitlicher Abstand können wie auch die Impulsamplitude, Dachschräge, Über- und Unterschwingungen mit einigem Aufwand der Bildschirmdarstellung unmittelbar entnommen werden. Störimpulse sind nur dann zu erkennen, wenn sie gerade in dem auf dem Bildschirm erfassten Zeitabschnitt des jeweiligen Eingangssignals auftreten und ihre Zeitdauer, verglichen mit dem dargestellten Zeitabschnitt nicht allzu kurz ist. Signale, die nicht phasenstarr zum ausgewählten Triggersignal sind, oder selten auftretende Signale, können dabei nur schwer erkannt werden. Spannungsmessungen sind, bei richtiger Wahl der Messbereiche, mit Oszilloskopen immer in hinreichender Auflösung möglich. Diese Darstellung von Messsignalen mit Oszilloskopen stößt jedoch an ihre Grenzen, wenn mehr als vier Messspannungen oder Signale die im Vergleich zum gewählten Zeitbereich selten auftreten (z.b. Impulse mit einer Impulsdauer von einigen μs und einem Impulsabstand von einigen ms) dargestellt werden sollen. Solche Signale sind jedoch typisch für fast alle Anwendungen mit digital wirkender Signalverarbeitung, z.b. rechnerinternen Bussystemen (IDE, PCI) und bei der bit-parallelen, byteseriellen Übertragung von Messwerten z.b. IEC-Bus-Signale. Anfang der siebziger Jahre des vergangenen Jahrhunderts wurden zur Messung solcher Signale die ersten Logikanalysatoren auf den Markt gebracht. Diese ersten Logikanalysatoren für z.b. acht Eingangskanäle waren jedoch nur schlecht zu bedienen. Die schnelle Verbreitung von digital wirkenden Messeinrichtungen sowie der zunehmende Einsatz von Mikroprozessoren erforderten den Einsatz von Logikanalysatoren, die immer aufwändiger und in der Bedienung zunehmend komplizierter wurden. Mit einer Mikroprozessorsteuerung des Logikanalysators lassen sich die Forderungen nach großer Einsatzbreite (16 bis zu 512 Eingangskanäle) und komfortabler Bedienung trotzdem erfüllen. Gegenüber der Darstellung mit Oszilloskopen sind bei vielen parallelen Messspannungen mit Logikanalysatoren Vereinfachungen möglich. Die Amplitudenerfassung kann auf die Überwachung von Grenzwerten reduziert werden: - Spannung ist grösser als eine vorgegebene Schaltschwelle z.b. logischer High- Pegel, dann wird High-Signal dargestellt. - Spannung ist kleiner als eine vorgegebene Schaltschwelle z.b. logischer Low- Pegel, dann wird Low-Signal dargestellt, sofern die Eingangsspannung diese vorge- Verantwortliche Betreuer: Dipl.-Ing. Th. Rommel, Tel

4 wählten oder vordefinierten (z.b. TTL-) Pegel für eine (einstellbare) Zeit über- oder unterschritten hat. Signale, die im Verhältnis zum jeweils gewählten Zeitmaßstab, nur kurzzeitig die vorgegebene Schwelle über- und dann wieder unterschreiten werden als Glitches nur symbolisch dargestellt. Das zeitliche Auflösungsvermögen hängt von der Abtastrate des Logikanalysators und dem zur Verfügung stehenden Speicherplatz ab. Der im Praktikum verwendete Logikanalysator PM 3585 hat eine Abtastrate von maximal 200 MHz entsprechend einer Zeitauflösung von 5 ns, dabei ist er mit bis zu 64 Eingangskanälen konfigurierbar. Die gesamte Signalverarbeitung und Signalanzeige auf dem Bildschirm des Logikanalysators wird von einem Mikroprozessor-System gesteuert. Durch Programmänderung ggf. mit zusätzlicher Signalanpassung und/oder Signalvorverarbeitung (Preprozessor) kann man den PM 3585 Logikanalysator an spezielle Meßaufgaben wie z.b. - Darstellung von Status- und Zeitanalysen - Analyse von Bussystemen mit zusätzlicher Signaldekodierung - Untersuchung von Mikroprozessoren mit Disassembler, der die Daten unmittelbar in Assembler-Sprache auf dem Bildschirm darstellt an die verschiedensten Messaufgaben anpassen. 3. Allgemeine Bedienungshinweise Für den Logik-Analysator PM 3585 liegt beim Praktikumsversuch eine Kurzbedienungsanleitung bei. Alle Hinweise zwecks Bedienung bitte dort entnehmen. Die Bedienung kann über das Tastaturfeld aber auch über die Maus durchgeführt werden. Aufgabe 1: 4. Aufgaben 4.1. Versuchsdurchführung Studieren Sie die Kurzbedienungsanleitung für den Logikanalysator PM 3585 und machen Sie sich mit der Bedienung vertraut. Aufgabe 2: Ermitteln Sie mit Hilfe des Logikanalysators die genaue Taktfrequenz (clk_test), am Pin15 des Tastkopfes 4 mit Hilfe der State-Speicherung. Konfigurieren Sie den Logikanalysator so, dass sie eine Taktfrequenzmessung durchführen können. Führen Sie die Messung durch und errechnen Sie die genaue Taktfrequenz! Speichern Sie ihre Messung samt aller Einstellungen auf der Diskette unter dem Namen Taktmess.001 ab. Aufgabe 3: Verantwortliche Betreuer: Dipl.-Ing. Th. Rommel, Tel

5 Auf der Testplatine befindet sich ein Taster P1 (Tastkopf4, Pin 14), der im nicht gedrückten Zustand eine 1 ausgibt. Überprüfen Sie, ob der Taster P1 beim Betätigen prellt und wie hoch die durchschnittliche Prellzeit ist. Gibt es ein Unterschied zwischen der Low-High Flanke und der High-Low Flanke? Welche Empfehlung würden Sie geben, wie lange man warten muss, bis ein sicheres Signal zu Verfügung steht. Speichern Sie eine geeignete Darstellung unter dem Namen Taster.001 auf der Diskette ab. Aufgabe 4: in der Praktikumsanleitung befindet sich ein Blockschaltbild von der Schaltung, die überprüft werden soll. In Box1 und Box2 befindet sich je ein 8bit-Binärzähler Zähler. Überprüfen Sie die korrekte Schaltfunktion des Zählers in Box2 der an den Tastkopf 3, Pins 8-15 angeschlossen ist. Um was für einen Zähler handelt es sich und wie groß ist der Zählumfang? Legen sie der Triggerpunkt auf den Zählerstand 00Hex fest. Machen Sie eine Timing- und State-Analyse. Stellen Sie die Ergebnisse in Tabellenform und als Signaldiagramm dar und speichern Sie das unter dem Namen Counter2.001 auf der Diskette. Stellen Sie dabei die Ausgänge q0-q7 als Bus dar. Aufgabe 5: In der Testschaltung befindet sich in Box1 ein 8bit-Binärzähler, dessen voller Zählumfang genutzt werden soll, um ein nachgeschaltetes T-FF anzusteuern, das ein Signal mit dem Taktverhältnis 1:1 am Tastkopf 4, Pin 14 ausgeben soll. Überprüfen Sie, ob dort ein Taktsignal von.khz mit dem Taktverhältnis 1:1 ausgegeben wird. Ermitteln Sie mit Hilfe der Signale Q0-Q7(Tastkopf 3, Pin 0-7) und Carry (Tastkopf 4, Pin 13) den Fehler in der Schaltung und geben Sie einen Vorschlag, wie die Schaltung verbessert werden könnte. Obwohl der Logikanylasator als kleinste Abtastrate 200 MHz besitzt, kann er kürzere Signale (Glitche) auch erkennen und ohne genaue Zeiterfassung darstellen. Überprüfen Sie, ob auf der Carry-Leitung auch Spikes unter 5 ns auftreten. Speichern Sie eine geeignete Darstellung in der Datei Glitch.001 auf der Diskette. 5. Literatur [1] Kurzbedienungsanleitung Logik Analysatoren PM 3580/PM 3585 von Philips Verantwortliche Betreuer: Dipl.-Ing. Th. Rommel, Tel