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Word文档下载推荐.docx
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1.2实验原理13
1.3实验设备14
1.4实验内容14
1.5实验结果分析17
1.6思考题18
第三部分：
总结、实验心得20
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n个原始输入端的组合电路实现逻辑功能F（X），而原设计的逻辑
功能为F*（X），如果对于任意设计n维矢量Xi有
F（Xi）F*（Xi）
那么认为所设计或使用的电路是正确的，或者说是无故障的。
显然，为了全面校
核该组合电路，应把所有可能的Xi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2416个不同的测试矢量。
现在把电路B点分开，变成2个子电路，断开点B对于门G3来说是一个伪输入端，用B'
记之。
为了穷举测试门G2，必须有4个测试矢量。
同时为了能在可及端f处观察到B点的变化情况，A的电平需要是0电平，这仅需xi0或者X20即可实现，因此总的测试矢量数是4个。
为了穷举测试除G2以外的电路，除原始输入端Xi和X2以外还有伪输入端B'
，相当于有3个输入端，因此共需238个测试矢量。
因此测试完整个电路共需要4812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=IN701IN702IN703IN704
4）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
IN701
IN702
IN703
IN704
OUT701
OUT702
OUT703
1
5）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T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
测试向量
0UT701/702/703
故障类型
A
B
C
D
正常
故障1
故障2
AB
s-a-0
0/1/0
1/1/0
s-a-1
1/0/0
0/0/0
0/0/1
1/0/1
OUT704
ABC
0/1/1
1/1/1
OUT705
1/1/
OUT706
1.6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）（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）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
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
图3数字电路系统故障诊断---故障字典法”操作界面
3）写出“OUT50”“OUT502、“OUT503、的布尔函数表达式
Y0=ABE0，
Yi—
E0，
Y2—A
Eo，Y3—ABEo
OUT501—
（A7
A8
A9
A10
A11）
A5A
6（A3A4）
OUT502—
A9
OUT503—（A7A8A9A10A"
A5A6A1A2
4）根据图中电路，分别写出“OUT504、“OUT50&
“OUT508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3OUT504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
IN5XX
入
故障输出
OUT5XX
正常输出
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
表4OUT506在故障为（s-a-1）、（s-a-0）故障的情况下的输入测试矢量
表5OUT508在故障为（s-a-1）、（s-a-0）故障的情况下的输入测试矢量
5）根据以上建立的故障字典，在计算机实验控制软件上验证正常情况下的输出是否正确。
6）选定故障1”按钮，分别输入上面建立的故障字典，根据输出判定电路的故障。
7）选定故障2”按钮，分别输入上面建立的故障字典，根据输出判定电路的故障。
表6第5、6、7步的输出结果
节点
入IN5XX
2
3
4
5
6
7
8
9
OUT504
OUT506
OUT508
2.6实验结果分析
根据输出结果与故障字典对比可知:
1）故障1可能为OUT504的s-a-1故障，OUT506的s-a-1故障或OUT508的s-a-0故障；
2）故障2为OUT504的s-a-0故障。
3布尔差分法数字逻辑电路的故障诊断
3.1实验目的
1）理解布尔差分法的诊断故障原理
2）掌握布尔差分法逻辑电路故障诊断方法
3.2实验原理
路测试矢量生成的一种方法。
Xn）
对布尔函数：
f（X）
f（X1,X2,
xn）
定义：
f（Xi）
Xi,
f（Xi）
Xi,
f（X1,X2,
必，
fi
（1）
f（X1,X2
Xi
1,1,Xi
fi（0）f（X1,X2,,Xi1,0,Xi1,,Xn）
3.2.1一阶布尔差分
定义dLCX}f（Xi）f（云）为f相对于变量Xi的差分。
这个定义说明：
当变
dXi
量Xi从Xi变成Xi时，函数f（Xi）与f（Xi）之间的差异量，由于变量Xi是离散变量，它在变化时不存在极限量”因此其导数也就称为差分。
事实上，如变量集X中含有变量Xi和其他的变量，则式？
？
求的是它的一
阶偏差分。
但由于两者的求法和均值相同，这里也就不再加以区分。
定义了函数f对于Xi的一价布尔差分后，则可得到诊断故障Xi（sa1）和xi（sa0）的测试矢量分别为:
df（X）
Xi
dXj
To
Xidf（X）
dxi
其中业2的计算公式为:
df（X）
f（Xi）f（Xi）[Xifi
（1）X；
fi（0）][X；
fi
（1）Xifi（0）]
[XiC]
[Xfi（0）Xifi（0）][fi
（1）（XiX）][fi（0）&
Xi）]
fi（0）
322—阶布尔差分的性质
dfdfdXidx
2）
d（fg）
fdg
_dfdf
dXidXi
dg
其中f,
g均是Xi的函数
证明：
dfg
dfdg
f[g（Xi）
g（G]
g[f（Xi）
f&
）]
[f（Xi）f（Xi）]?
[g（Xi）g（Xi）]
dx
d^
dxidxi
fg（Xi）fg（Xi）[f（Xi）f（Xi）][gg（Xi）g（Xi）]
fgfg（Xi）fg（Xi）f（Xi）g（Xi）
fgf（Xi）fg（Xi）
dfg
3）
d（fg）dxi
df
gdXi
d（f
g）dfG]
-dfgdx
df
-dfgdXi
4）
d（fg）
dXi
虬，其中f，g均是Xi的函数
证明:
g）
[f（Xi）g（Xi）][f（Xi）g（xj]
[f（Xi）
f（Xi）][g（Xi）g（Xi）]
5）
如果函数g（X）
中没有变量
皿g^，dXidXi
ml
dXidXi
如g（Xi）g（X?
）g（X）g（X）0,则
f?
0g
?
g
g）f?
6）如果h是变量X的函数，而f又是变量h和X的函数，则测试故障
h（sa1）和h（sa0）的测试矢量集分别为：
「hdIM1，Tohd^1
dhdh
3.3实验内容
1）利用布尔差分法求诊断故障的测试矢量集。
2）利用计算机中的测试工具对实验电路进行定位，确定故障模式。
3.4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。
3.5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3的界面，如图4
图4数字电路系统故障诊断---布尔差分法”操作界面
为书写方便，图中OUT601用字母f表示，OUT602用字母h表示，IN601
用x,表示，IN602用x2表示，IN603用x3表示，IN604用x4表示。
3）写出“f”关于h”和输入的布尔函数表达式
f=hx3X3X4
4）写出“OUT602关于输入的布尔函数表达式。
h=X,x2
5）写出输出f关于节点h的一阶布尔差分式。
则有:
则测试矢量集分别为:
To{0,0,1,0},{0,0,1,1}
T1{0,1,1,0},{0,1,1,1},{1,0,1,0},{1,0,1,1},
{1,1,1,0},{1,1,1,1}
7）电路验证，分别在正常和故障1、故障2的情况下输入故障测试矢量,并填入表7。
表7输入的故障测试矢量
输入（IN601-IN604）
输出（OUT601）
（0,0,1,X）
（1,0,1,X）
（0,1,1,X）
（1,1,1,X）
3.6实验结果分析
由7表可知，故障1为（s-a-1）故障，故障2为（s-a-0）故障。
模拟电路系统故障诊断与可靠性设计实验
1故障字典法测试模拟电路系统故障
1）学习和掌握模拟电路直流故障字典法
2）对典型模拟电路系统进行故障分析与诊断
模拟电路故障诊断系统框图如图5所示。
主要由三部分构成:
1）模拟电路实验板，提供故障诊断
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