Простой пробник позволяет тестировать цифровые микросхемы

Журнал РАДИОЛОЦМАН, январь 2013

Raju Baddi, Индия

EDN

В статье рассматривается простой, но мощный портативный прибор, выполняющий функции логического пробника и генератора импульсов. Прибор окажется полезным при проверке цифровых микросхем в корпусах DIP, таких, как логические элементы, триггеры и счетчики. С помощью специальной платы с установленной панелькой и трехпозиционными перемычками на любой вывод тестируемой микросхемы можно подать логические сигналы «1» или «0», или напряжения питания (5 В или 0 В).

Три кнопки, два двухцветных светодиода и два щупа помещены в пластиковый цилиндрический корпус, в качестве которого можно использовать, например, пустую тубу от клеящего карандаша. Наконечник щупа генератора импульсов сделан в форме крючка, что позволяет удобно подключать его к контактам перемычек на плате тестового приспособления. Наконечник крепится на пружину от гелевой ручки с убирающимся стержнем. Такая гибкая конструкция позволяет свободно перемещать щуп логического пробника между выводами тестируемой микросхемы. Две из трех кнопок предназначены для установки исходного логического уровня на выходе генератора импульсов. При коротком нажатии на третью кнопку уровень на выходе генератора переключается на противоположный. Если продолжать удерживать эту кнопку нажатой более 2 секунд, схема переходит в режим генерации непрерывной последовательности импульсов.

На первом таймере микросхемы IC_1A NE556 собран ждущий мультивибратор, формирующий 2-секундные импульсы управления генератором, образованным логическим элементом G₁, резистором R₁ и конденсатором С1 (Рисунок 1а). G₄ служит для буферизации схемы. С выхода ждущего мультивибратора импульсы длительностью 1 мс также проходят через элементы G₂ и G₃, блокирующие прохождение сигнала с выхода автоколебательного мультивибратора, выполненного на втором таймере микросхемы NE556 (IC_1B). Для подавления ложных импульсов на выходе Щупа A, возникающих из-за дребезга контактов кнопки S₁, IC_1B необходимо удерживать в неактивном состоянии подачей низкого уровня на вход сброса (вывод 4) посредством транзистора Q₁, в базу которого включен конденсатор 0.68 мкФ.

а) б)
Рисунок 1.	Схема сочетает аналоговые и цифровые функции. Щуп A является выходом генератора импульсов, а Щуп B – входом логического пробника (а). На схеме не показан фильтрующий питание конденсатор емкостью 100 мкФ. Красный светодиод индицирует уровень логического нуля, зеленый – уровень логической единицы (б).

При кратковременном нажатии кнопки S₁ срабатывает ждущий мультивибратор, на выходе которого приблизительно на 2 секунды появляется высокий уровень напряжения. Импульсы длительностью 1 мс от генератора, сформированного элементами G₁, R₁, C₁ и G₄, достигают Щупа A, проходя через логическую схему «исключающее ИЛИ», собранную на элементах G₅…G₈. На это время выход автоколебательного мультивибратора IC_1B отключается от входа схемы «исключающее ИЛИ» элементом G₃. Если не отпускать кнопку S₁ более 2 с, ждущий мультивибратор отработает свой импульс, элемент G₃ откроется, и на выход пробника от микросхемы IC_1B будет поступать последовательность импульсов с частотой 70 Гц.

Элементы G₉ и G₁₀ образуют триггер, «запоминающий» последнее нажатие кнопок S₂ или S₃ и управляющий режимом работы (инвертирующий или неинвертирующий) схемы «исключающее ИЛИ». G₁₁ и G₁₂ предназначены для управления двухцветным светодиодом, индицирующим полярность импульсов генератора. Красный цвет свечения указывает на то, что в исходном состоянии выход генератора находится в состоянии «лог. 0», а генерируемый импульс длительностью 1 мс имеет положительную полярность. Зеленый цвет указывает на противоположное.

Операционный усилитель LM358 выполняет функцию оконного компаратора логического пробника (Рисунок 1б). При указанных на схеме номиналах компонентов красный светодиод включается, если напряжение на Щупе B не достигает 35% от напряжения питания, а зеленый – если напряжения питания превышено более чем на 65%. При промежуточных уровнях напряжения не включится ни один из светодиодов. Подбором резисторов делителя на входах усилителя можно уменьшить нижний порог, что позволит проверять ТТЛ схемы, стандартный уровень «лог. 0» которых составляет менее 0.8 В.

Если использовать в пробнике микросхемы CD4011 (четыре элемента «2И-НЕ»), то питать его можно от внешнего источника напряжения 4.5…15 В. Для элементов G₁ – G₄ лучше выбрать микросхему CD4093 (четыре элемента «2И-НЕ» с триггерами Шмитта), чтобы гарантировать отсутствие паразитной генерации, обусловленной малой скоростью нарастания напряжения на времязадающем конденсаторе С₁. При необходимости увеличить нагрузочную способность генератора на его выходе можно установить пару NPN и PNP транзисторов.

Рисунок 2.	Конфигурирование вспомогательного приспособления для тестирования цифровых микросхем производится с помощью трехпозиционных перемычек.

На Рисунке 2 показана схема приспособления для тестирования цифровых микросхем. 16-выводная панелька под тестируемую микросхему конфигурируется пользователем с помощью набора трехпозиционных перемычек. Любой вывод можно подключить, непосредственно, или через резистор, к шинам +5 В или «земля», чтобы задать на нем либо логический уровень напряжения, либо уровень источника питания. Выбор номиналов резисторов некритичен, вполне подойдут резисторы с сопротивлением порядка 2 кОм. Чтобы установить уровень, соответствующий «лог. 0» ТТЛ, вход тестируемой микросхемы должен быть подключен непосредственно к «земле». Для подачи сигнала необходимо подключить гибкий Щуп A генератора импульсов (Рисунок 3) к нужному входу тестируемой микросхемы, затем Щупом B пробника коснуться соответствующего штырька или выхода.

Рисунок 3.	Для подачи сигнала необходимо подключить гибкий Щуп A генератора импульсов к нужному входу тестируемой микросхемы, затем Щупом B пробника коснуться соответствующего штырька или выхода.

Загрузки

Конструкция пробника, печатные платы, примеры конфигурирования платы для тестирования цифровых микросхем – скачать.