Sè nhËn d¹ng d−íi d¹ng nhÞ ph©n sÏ ®−îc ®−a tíi hai ®¬n vÞ cña bé nhí. §¬n vÞ sè 1 cña bé nhí sÏ l−u gi÷ sè trong thêi gian cña chu kú ®o l−êng. Sè nµy sÏ ®−îc ®äc ra (mµ kh«ng ph¸ huû néi dung cña bé nhí) vµ ®−a tíi bé hiÓn thÞ th«ng qua bé gi¶i m· ®Ó ®æi sè 16 bit thµnh sè m· nhËn d¹ng Hexadecimal 4 sè. §¬n vÞ bé nhí 2-2' l−u gi÷ nh÷ng con sè ®¹i diÖn cho nh÷ng nhËn d¹ng ®−îc ph¸t qua 2 chu kú ®o l−êng liªn tiÕp. Nh÷ng con sè t−¬ng øng víi 2 nhËn d¹ng ®−îc cung cÊp trªn hai ®Çu vµo cña bé so s¸nh sÏ ®−îc so s¸nh víi nhau. NÕu hai nhËn d¹ng nµy lµ gièng nhau, bé so s¸nh sÏ kh«ng ph¸t ra tÝn hiÖu nµo. NÕu hai nhËn d¹ng nµy mµ kh¸c nhau, b¸o hiÖu nhËn d¹ng kh«ng æn ®Þnh ®−îc ®−a ra. §iÒu nµy cã nghÜa lµ thiÕt bÞ ®−îc thö ®· cã mét sai sãt, cÇn ®Ó yªu cÇu thùc hiÖn kiÓm tra l¹i.

ThiÕt bÞ còng cung cÊp chÕ ®é ph¸t ®¬n. Khi m¸y lµm viÖc ë chÕ ®é nµy, chØ cã mét nhËn d¹ng ®−îc ph¸t ra víi mét xung cæng ®¬n. Nã lµm viÖc b»ng m¹ch do ph¸t ®¬n.

Bé ph©n tÝch còng cã mét bé ph¸t riªng ®Ó cung cÊp tÝn hiÖu tù kiÓm tra. Nh− h×nh 9-8, nã cã bèn tÝn hiÖu ra: ba c¸i ®Çu ®Ó ®−a vµo ®Çu dß 3 kªnh, vµ ®Çu ra thø t− ®−a vµo ®Çu dß sè liÖu.

5. Ph©n tÝch nhËn d¹ng øng dông trong thiÕt bÞ cã Vi xö lý

Ph©n tÝch nhËn d¹ng th−êng ®−îc thiÕt kÕ trong thiÕt bÞ sè. §Ó cã thÓ ®−a vµo sö dông trong thiÕt bÞ cã dïng vi xö lý, m¹ch ®iÖn cÇn ph¶i ®−îc thiÕt kÕ sao cho ng−êi sö dông cã thÓ theo ®−îc c¸c b−íc cña bé ph©n tÝch nhËn d¹ng: c¸ch ly ra khái h¹t nh©n cña hÖ thèng; më m¹ch ph¶n håi néi t¹i; khëi ®éng m¹ch trong qu¸ tr×nh kiÓm tra (tøc lµ ®Æt chóng ë tr¹ng th¸i khëi ®éng); cã mét chuçi kiÓm tra æn ®Þnh trong kho¶ng thêi gian xung cæng ho¹t ®éng; cã c¸c nhËn d¹ng tham kh¶o cho nh÷ng nót quan träng vµ tõng phÇn cña m¹ch ®Ó qua ®ã ng−êi sö dông cã thÓ t×m ra ®iÓm háng.

H¹t nh©n (The Kernel) cña hÖ vi xö lý chÝnh lµ bé vi xö lý vµ tÝn hiÖu nhÞp (Clock). Tr−íc khi phÇn tö h¹t nh©n ®−îc kiÓm tra, nã ph¶i ®−îc c¸ch ly vµ ®−êng håi tiÕp dÉn tíi h¹t nh©n cÇn ph¶i ®−îc khëi ®éng. §−êng håi tiÕp nµy lµ Bus sè liÖu vµ kªnh ng¾t (Interrupt). B−íc tiÕp theo lµ kiÓm tra xem cã sù háng hãc g× trong phÇn tö h¹t nh©n kh«ng. NÕu bé ph©n tÝch t×m ra mét lçi g× ®ã, nã cÇn ph¶i ®−îc t¸ch ra, bëi sù tham kh¶o cña l−u ®å nhËn d¹ng.

Bé ph©n tÝch nhËn d¹ng cho hÖ vi xö lý cã thÓ ®−îc thùc hiÖn mét trong hai c¸ch: tù ®éng vµ ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh.

Trong chÕ ®é tù ®éng, bé vi xö lý sÏ tù do nèi vßng toµn bé tr−êng ®Þa chØ. ChÕ ®é nµy sÏ ®−îc khëi ®éng bëi cung cÊp lÖnh INCREMENT, ®Ó kho¸ tÊt c¶ c¸c ®Çu vµo cña Bus sè liÖu. LÖnh nµy sÏ t¨ng bé ®Õm lÖnh lªn 1. Sau ®ã bé vi xö lý sÏ quay l¹i xem xÐt

408

trªn bus sè liÖu, vµ v× lÖnh INCREIMENT vÉn gi÷ ®ã, nªn bé ®Õm lÖnh l¹i tiÕp tôc t¨ng thªm 1 vµ cø thÕ,...tÝn hiÖu "khëi" vµ "dõng" chuyÓn qua ®−êng ®Þa chØ cña Bit cã gi¸ trÞ cao nhÊt (A15) cña Bus ®Þa chØ, vµ tÝn hiÖu ®Þnh thêi lµ xung nhÞp t¹i ®Çu vµo cña bé vi xö lý. C«ng viÖc ®−îc lµm chuyÓn ®æi bëi tÝn hiÖu READ Vµ SYNC cña bé vi xö lý.

Víi bé ph©n tÝch nhËn d¹ng lµm viÖc ë chÕ ®é ®iÒu khiÓn theo ch−¬ng tr×nh, ch−¬ng tr×nh kÝch thÝch ®−îc ®Æt ë trong ROM. Ch−¬ng tr×nh nµy sÏ ph¸t tÝn hiÖu "khëi" vµ "dõng" vµ ®−a d·y sè liÖu tuÇn hoµn ®Õn Bus sè liÖu ®Ó cho nh÷ng phÇn tö kiÓm so¸t cã thÓ nèi ®−îc bé vi xö lý.

409

9.3. C¸c nguyªn lý tù kiÓm tra (Principles of self - testing)

Cïng víi sù ph¸t triÓn mét c¸ch nhanh chãng cña m¹ch tÝch hîp mËt ®é cao, dÉn tíi viÖc ®o thö kiÓm tra mét IC hoÆc mét m¶ng m¹ch trë nªn v« cïng phøc t¹p vµ tèn kÐm. Cµng ngµy ng−êi ta cµng cÇn thiÕt bÞ cã d¶i réng h¬n, cã nhiÒu kh¶ n¨ng ®Ó lùa chän khi s¶n xuÊt, b¶o hµnh, söa ch÷a. VÊn ®Ò l¹i cµng phøc t¹p víi c¸c thiÕt bÞ, cã sö dông VLSI chips, hÖ thèng hoµn chØnh cã dïng vi xö lý, m¸y vi tÝnh,...

Cã mét c¸ch hiÖu qu¶ gi¶i quyÕt vÊn ®Ò nµy lµ viÖc cung cÊp cho m¸y chÕ ®é tù kiÓm tra. Ng−êi ta cã thÓ kiÓm tra mét m¶ng m¹ch, mét hÖ thèng mµ kh«ng cÇn sö dông bÊt cø ph−¬ng tiÖn nµo bªn ngoµi, c¶ phÇn cøng còng nh− phÇn mÒm.

Cã mét vµi ph−¬ng ph¸p thùc hiÖn tù kiÓm tra sÏ ®−îc tr×nh bµy d−íi ®©y.

9.3.1. Ph−¬ng ph¸p LSSD (Level - Sensitive Scan Design)

LSSD lµ viÕt t¾t cña Level - Sensitive Scan Design, tøc lµ thiÕt kÕ quÐt theo møc ®é nh¹y. Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc ®−a ra tõ nh÷ng n¨m 70 vµ cã thÓ øng dông víi c¸c m¹ch tÝch hîp, m¶ng m¹ch vµ hÖ thèng.

Víi LSSD, nh÷ng phÇn tö nhí ®−îc cung cÊp trong cÊu tróc s¶n phÈm, bao gåm hai chèt FF1 vµ FF2 (h×nh 9-10). MÆc dï môc ®Ých s¬ cÊp cña thanh chèt FF1 lµ ®Ó thùc hiÖn chøc n¨ng c¬ b¶n cña s¶n phÈm nh−ng nã còng ®−îc sö dông trong qu¸ tr×nh kiÓm tra. Thanh chèt thø hai FF2 chØ dµnh cho viÖc n©ng cao kh¶ n¨ng cña qu¸ tr×nh kiÓm tra. Bèn ®Çu vµo I, D, C, A cña FF1 ®Ó nhËn 4 tÝn hiÖu vµo lÇn l−ît lµ: tÝn hiÖu tõ phÇn tö nhí tr−íc; mÉu (sè liÖu) kiÓm tra; mét sè liÖu ®ång bé tõ s¶n phÈm ®ang bÞ kiÓm tra, vµ xung nhÞp. Chèt thø hai cã mét ®Çu sè liÖu ®¬n (I') liªn tôc nèi tíi Q1 cña thanh chèt ®Çu vµ ®Çu vµo nhÞp ®¬n B, nhËn c¸c xung nhÞp mµ nã lµ tõ thanh chèt ®Çu ®−îc chuyÓn ®æi, vµ ®−îc quÕt ë bªn trong thanh ghi ®Çu.

409

Khi mét tÝn hiÖu ®ång bé ®Õn cæng vµo C, thanh chèt FF1 sÏ ®−îc ®−a ®Õn tr¹ng th¸i t−¬ng øng víi bit cña mÉu kiÓm tra ®ang tån t¹i ë cæng D. Khi tÝn hiÖu nhÞp ®−îc ®−a tíi cæng A, thanh chèt ®Çu sÏ ®−îc ®Æt tíi tr¹ng th¸i møc logic (1 hoÆc 0) ®ang tån t¹i t¹i cæng I. TÝn hiÖu ®ång bé cung cÊp tíi ®iÓm B lµ nguyªn nh©n m¹ch lËt Tí (the Slave Flip-flop) ®−îc ®−a tíi cïng tr¹ng th¸i víi m¹ch lËt Chñ (the Master Flip-flop).

H×nh 9-10

CÆp thanh chèt (nh÷ng phÇn tö ghi, nhí) ®−îc tæ hîp thµnh mét thanh ghi dÞch ®¬n nh− trªn ®Ó ®Çu ra cña FF2 trong mçi phÇn tö nhí ®−îc nèi tíi ®Çu vµo I cña FF1 trong phÇn tö kÕ tiÕp. §Çu vµo D cña bit cã gi¸ trÞ thÊp nhÊt trong thanh ghi chÊp nhËn mÉu kiÓm tra. Xung nhÞp quÐt ®i quÐt l¹i ®Çu vµo A vµ B lµ nguyªn nh©n nh÷ng bit sè liÖu ®−îc dÞch chuyÓn, hoÆc ®−îc quÐt däc theo thanh ghi. MÉu bit xuÊt hiÖn t¹i ®Çu ra cña nã sÏ ®−îc so s¸nh víi sè liÖu cÊt gi÷ trong bé nhí vµ ®¹i diÖn cho tr¹ng th¸i mong muèn cña s¶n phÈm khi nã ho¹t ®éng b×nh th−êng.

9.3.2. Ph−¬ng ph¸p BILBO (Built-In Logic Block Observer)

Ph−¬ng ph¸p BILBO lµ ph−¬ng ph¸p viÕt t¾t cña Built-In Logic Block Observer (d¹ng biÕn ®æi cña BIDCO, Built-In Digital Circuit Observer), lµ Bé Gi¸m s¸t thiÕt bÞ sö dông khèi logic (m¹ch sè). §Ó thùc hiÖn, cã hai thanh ghi ®−îc cung cÊp cho thiÕt bÞ nµy. Mét ®−îc dïng nh− lµ mét bé ph¸t mÉu gi¶ nhÉu nhiªn kiÓm tra vµ c¸i kia sö dông nh− thanh ghi cña bé ph©n tÝch nhËn d¹ng. Hai thanh ghi nµy kÕt hîp víi bé gi¶i m· vµ bé hiÓn thÞ t¹o thµnh mét khèi ®¬n riªng.

Trªn h×nh 9-11 lµ s¬ ®å khèi ®¬n gi¶n cña m¹ch.

410

Khèi ph¸t xung nhÞp cung cÊp tÝn hiÖu nhÞp (clock) cho c¸c m¹ch ®iÖn, vµ tÝn hiÖu Reset dïng ®Ó xo¸ tr¹ng th¸i cña tÊt c¶ c¸c thanh ghi vµ m¹ch lËt. M¹ch ®iÒu khiÓn ph¸t xung ®Õn c¸c khèi cßn l¹i cña s¬ ®å. MÉu gi¶ ngÉu nhiªn kiÓm tra tõ bé ph¸t ®i ®Õn thiÕt bÞ kiÓm tra theo d¹ng song song vµ tÝn hiÖu xuÊt hiÖn t¹i ®Çu ra cña thiÕt bÞ sÏ tíi thanh ghi nhËn d¹ng. Sù nhËn d¹ng d−íi d¹ng sè nhÞ ph©n sÏ ®−îc ®−a tíi bé gi¶i m·.

Sau mét sè xung nhÞp ®· ®Þnh tr−íc nhËn ®−îc, m¹ch ®iÒu khiÓn thêi gian vßng thö, kiÓm tra ph¸t mét tÝn hiÖu kÕt thóc mét vßng kiÓm tra. §¸p l¹i tÝn hiÖu nµy, xung ®ång bé sÏ chÊm døt viÖc ®−a ®Õn c¸c m¹ch cña bé kiÓm tra vµ sè liÖu sÏ ®−a ra bé gi¶i m· ®Ó tíi mµn h×nh trang th¸i cña thiÕt bÞ trong thêi gian kiÓm tra.

Cßn cã mét kü thuËt tù kiÓm tra ®Çy ®ñ ®· ®−îc ph¸t triÓn bëi c¶ hai ph−¬ng ph¸p BILBO vµ LSSD. Kü thuËt nµy cßn cã thÓ t×m ra vµ c¸ch ly ®iÓm háng hãc cña thiÕt bÞ trong qu¸ tr×nh kiÓm tra.

H×nh 9-11

9.3.3. Ph−¬ng ph¸p MICROBIT.

Ph−¬ng ph¸p nµy ®−îc ph¸t triÓn ®Æc biÖt dµnh cho viÖc kiÓm tra c¸c hÖ thèng vi xö lý vµ nh÷ng m¸y vi tÝnh hoµn chØnh, nh−ng nã còng cã thÓ øng dông ®Ó kiÓm tra nh÷ng m¶ng m¹ch in. Ph−¬ng ph¸p nµy liªn quan tíi viÖc sö dông kh¶ n¨ng chuÈn ®o¸n vµ nh÷ng ch−¬ng tr×nh thö ®Æc biÖt. Kü thuËt nµy ®−îc −a dïng v× nã kh«ng cÇn bÊt kú

411

mét thiÕt bÞ kiÓm tra riªng biÖt bªn ngoµi nµo; tèc ®é chÈn ®o¸n nhanh (kho¶ng nöa phót cho mét hÖ vi xö lý 8 bit); thñ tôc ®¬n gi¶n vµ cã thÓ sö dông ®−îc nh÷ng ch−¬ng tr×nh ®−îc cÊt gi÷ trong ROM cña thiÕt bÞ ®−îc kiÓm tra.

H×nh 9-12 lµ s¬ ®å khèi ®¬n gi¶n cña mét hÖ vi xö lý cïng víi 4 m¹ch thªm vµo cho viÖc tù kiÓm tra. §ã lµ: bé chia tÇn sè; bé ph¸t mÉu gi¶ ngÉu nhiªn kiÓm tra; thanh ghi nhËn d¹ng vµ m¹ch khëi ®éng sù kiÓm tra.

Bé chia tÇn sè ®Ó chia tèc ®é tÝn hiÖu ®ång bé víi ho¹t ®éng cña hÖ thèng tíi gi¸ trÞ thÝch hîp víi sù thö, kiÓm tra. Bé ph¸t mÉu gi¶ ngÉu nhiªn kiiÓm tra sÏ ph¸t mét d·y 256 mÉu gi¶ ngÉu nhiªn. Nã sÏ ®−îc ®−a tíi nh÷ng khèi ®−îc kiÓm tra cña hÖ thèng vi xö lý. MÉu ra sÏ ®−îc ®−a tíi thanh ghi nhËn d¹ng mµ ë ®ã tÝn hiÖu thu ®−îc sÏ so s¸nh víi mÉu chuÈn tham kh¶o.

H×nh 9-12

§Ó kiÓm tra, mçi mét khèi cña hÖ thèng vi xö lý sÏ ®−îc g¸n mét con sè. Nã sÏ ®−îc hiÓn thÞ ë ®Çu ra nÕu khèi l−îng t−¬ng øng ®−îc chøng minh lµ háng.

Mét thµnh phÇn quan träng cña kü thuËt MICROBIT lµ phÇn mÒm. Ch−¬ng tr×nh chiÕm kho¶ng 700 bytes vµ ®−îc chia ra thµnh nh÷ng phÇn riªng biÖt trong bé nhí vµ mçi phÇn riªng biÖt ®ã t−¬ng øng víi mét khèi thiÕt bÞ cøng cô thÓ. Khi thiÕt kÕ, ng−êi ta gãi chóng vµo mét ch−¬ng tr×nh øng dông råi cÊt trong mét bé PROM.

B−íc thø nhÊt cña thñ tôc kiÓm tra lµ kiÓm tra h¹t nh©n cña hÖ thèng bao gåm kiÓm tra sù ho¹t ®éng cña bé vi xö lý, c¸c Bus, m¹ch ®ång bé vµ bé hiÓn thÞ. §Ó kiÓm tra h¹t nh©n ng−êi ta ®−a vµo hai sè ®Æc biÖt, ch¼ng h¹n hai d·y 10101010 vµ 01010101. Tæng cña chóng ph¶i lµ 11111111. NÕu kÕt qu¶ lµ tèt, b−íc tiÕp theo lµ kiÓm tra ho¹t

412

®éng cña hiÓn thÞ. §Ó lµm viÖc nµy bé vi xö lý ®−a ra mét chuçi nh÷ng sè liÒn nhau tõ 0 ®Õn F.

NÕu bé hiÓn thÞ ra tèt, b−íc tiÕp theo lµ kiÓm tra Bé ph¸t mÉu gi¶ ngÉu nhiªn. Mét tõ khëi ®éng ®· biÕt ®−îc n¹p vµo trong nã vµ bé ph¸t nhËn ®−îc 256 lÇn xung nhÞp. Con sè ®−îc ®−a ra bëi bé ph¸t trong mçi mét chu kú xung nhÞp ®−îc so s¸nh bëi bé Vi xö lý víi con sè mµ nã sÏ ®−îc ®−a ra khi bé ph¸t lµm viÖc b×nh th−êng. NÕu gièng nhau, cã nghÜa lµ bé ph¸t lµm viÖc tèt.

Thanh ghi còng ®−îc kiÓm tra b»ng ph−¬ng ph¸p t−¬ng tù.

PROM ®−îc kiÓm tra bëi n¹p thanh ghi nhËn d¹ng tõng byte mét cña 2047 PROM bytes. Bëi viÖc nÐn sè liÖu ®Çu vµo, thanh ghi nhËn d¹ng ph¸t byte nhËn d¹ng mµ nã sÏ ®−îc so s¸nh bëi bé vi xö lý víi néi dung cña « ghi sè thø 2048 cña PROM. NÕu hai sè lµ trïng nhau, PROM lµ tèt.

B−íc ®Çu tiªn cña kiÓm tra RAM lµ viÕt trang thø nhÊt víi néi dung lµ 256 byte tõ bé ph¸t gi¶ ng·u nhiªn. Sau ®ã trang 2 sÏ ®−îc ghi vµo víi néi dung cña m¸y ph¸t céng víi trang mét. Trang 3 lµ néi dung cña m¸y ph¸t céng víi trang 2 vµ trang 4 lµ néi dung cña m¸y ph¸t céng víi trang 3. Theo c¸ch nh− vËy, toµn bé 1K-byte cña RAM ®−îc chuyÓn tíi thanh ghi nhËn d¹ng tõng byte mét, n¬i sè liÖu ®−îc nÐn l¹i. KÕt qu¶ nhËn d¹ng ®−îc chuyÓn tíi bé vi xö lý ®Ó so s¸nh víi nhËn d¹ng chuÈn tham kh¶o ®−îc cÊt gi÷ trong PROM. NÕu hai nhËn d¹ng nµy kh¸c nhau, th× RAM háng. Ng−îc l¹i lµ tèt.

Mét h¹n chÕ c¬ b¶n cña kü thuËt MICROBIT lµ hÖ thèng chØ ®−îc kiÓm tra ë tr¹ng th¸i tÜnh, kh«ng kiÓm tra ®−îc nã trong qu¸ tr×nh ho¹t ®éng.

413

Ch−¬ng X

§O L¦êNG Tù §éNG

10.1 C¸c khuynh h−íng c¬ b¶n

Sù ph¸t triÓn cña ngµnh kü thuËt ®iÖn tö sè vµ kü thuËt vi xö lý trong h¬n mét thËp kû gÇn ®©y ®· t¹o nh÷ng biÕn ®æi quan trong cho kü thuËt ®o l−êng øng dông trong ngµnh ®iÖn tö vµ viÔn th«ng.

VÊn ®Ò tin häc ho¸ ph−¬ng ph¸p ®o, sè ho¸ cÊu tróc thiÕt bÞ ®o ®· lµm thay ®æi chÊt l−îng cña qu¸ tr×nh ®o l−êng, mµ ®iÒu quan träng h¬n c¶ lµ n©ng cao ®−îc vÒ ®é chÝnh x¸c cho thiÕt bÞ ®o vµ tù ®éng ho¸ ®−îc qu¸ tr×nh ®o.

C¸c thiÕt bÞ ®o l−êng sè ®ang cã xu h−íng dÇn thay thÕ cho c¸c thiÕt bÞ ®o l−êng t−¬ng tù. Tuy vËy, c¸c thiÕt bÞ ®o sè vÉn cßn c¸c h¹n chÕ do chÝnh ph−¬ng ph¸p ®o sè vµ cÊu tróc c¬ së cña m¹ch ®o sè g©y ra (vÝ dô nh− sai sè ±1 do kh«ng ®ång bé, sai sè do c¸c phÇn tö nhÞ ph©n nh− flip-flop vµ sai sè l−îng tö ho¸, ...).

Microprocessor (µP) ®ang t¹o nªn nh÷ng biÕn ®æi cã tÝnh c¸ch m¹ng trong kü thuËt ®iÖn tö, do vËy còng ®· gãp phÇn t¹o nªn c¸c biÕn ®æi quan träng trong kü thuËt nãi chung vµ c¶ trong ®êi sèng kinh tÕ - x· héi.

ViÖc sö dông µP trong kü thuËt ®o tíi møc nµo vµ hiÖu qu¶ cña thiÕt bÞ ®o cã cÊu t¹o thªm µP ®Õn ®©u ®ã lµ ®iÒu cÇn kh¶o s¸t, còng ®ång thêi lµ h−íng nghiªn cøu cña kü thuËt ®o l−êng ®iÖn tö.

C¸c kh¶ n¨ng cña thiÕt bÞ ®o cã cµi ®Æt µP nh− sau.

1. T¨ng chøc n¨ng ®o cho thiÕt bÞ (Function, Multi functionality)

Nh÷ng m¸y ®o nhiÒu chøc n¨ng kh«ng cã µP tr−íc ®©y, ph¶i chuyÓn chøc n¨ng b»ng chuyÓn m¹ch, qui tr×nh ®· ®−îc chÕ t¹o cè ®Þnh, nªn kh«ng thay ®æi ®−îc, v× phÇn cøng vµ m¹ch logic lµ cè ®Þnh.

414