Dr. Ing. HANS-JOACHIM LINTHE
Mitteilung aus dem Adolf-Schmidt-Observatorium für Erdmagnetismus Niemegk der Akademie der Wissenschaften der DDR
Zur Fehlerortung in Digitalschaltungen ist nach wie vor die Anwendung von Logikprüfstiften, die zur Anzeige wesentlicher Zustünde völlig ausreichen, sehr bequem. Eine vielseitige Schaltung soll hier vorgestellt werden.
Aus den Erfordernissen und Erfahrungen bei der Fehlerortung in digitalen Schaltungen, bei der bislang nur ein einfacher statischer Prüfstift mit Fang-Flip-Flop zur Verfügung stand, ergab sich die Forderung
nach einer verbesserten Variante. Auf der Grundlage von [2] wurde ein handliches Prüfstift unter ausschließlicher Verwendung leicht verfügbarer Bauelemente entwickele und
aufgebaut, der besonders zur Fehlerortung eingesetzt wird. Darüber hinaus wurde ein unbedingt notwendiger Impulszähler (0 bis 15) eingebaut. Bei der Konzeption wurde auf die in [2] vorhandene umschaltbare TTL-CMOS-Auswertung verzichtet,
da der Prüfstift ausschließlich für Geräte mit TTL- bzw. KME-3-Pegel angewendet werden soll.
Schaltung
Die Stromversorgung (Strombedarf etwa 180 mA) erfolgt von der zu testenden Schaltung aus über ein Anschlusskabel mit Stecker (üblicherweise befinden sich innerhalb) der Schwenkrahmen von EDV-Geräten die entsprechenden Buchsen): C1 ist zur Unterdrückung von Störspitzen auf der Versorgungsspannung vorgesehen Der Stromlaufplan (Bild 1) ist in Funktionsgruppen unterteilt. Entsprechend dieser Einteilung sollen die einzelnen Teilschaltungen erläutert werden.
Eingangsspannungsteiler, Integrator
Die Kombination R1, VD2 bis VD6, VD1 soll
Eingangsspannungen über 5V, die versehentlich oder auch bewusst (H-Pegel des KME-3-Technik) an den Eingang gelangen
auf etwa 4 V begrenzen. R3 und R4 teilen die Versorgungsspannung auf den halben Wert, so dass bei offenem Eingang ein
undefinierter Zustand erzeugt wird. R2, C2 integrieren das Eingangssignal zur
Auswertung im Komparator.
Referenzspannungsquelle
Bild 2 zeigt die Prinzipschaltung der Referenzspannungsquelle. Entsprechend dem
von der Frequenzauswertung kommenden, Signal /SDYN werden die Referenzspannungen
UH und UL für den H- und den L-Pegel für den Komparator bereitgestellt.
Die Tafel 1 zeigt die Zuordnung. UH und UL werden bei statischem Eingangssignal
über die Reihenschaltung R5, R6, VD7 erzeugt, bei Anliegen einer Impulsfolge durch
R5, R7, R8.
Die Schalter sind durch die beiden CMOS-Transistorpaare der IS V 4007 D realisiert.
Komparator
Der Komparator vergleicht die integrierte Eingangsspannung mit UH und UL und liefert entsprechend ihrer Größe die beiden Signale AHP und ALP an die Anzeige. Als Komparator wurde der programmierbare Operationsverstärker B 176 D verwendet, der mit nur einer Betriebsspannung von 5 V auskommt. Trotz der nach [4] nicht eingehaltenen Betriebszustände arbeitet der Komparator ausreichend genau. R19 und R20 sind Schutzwiderstände für die Ausgänge. Tafel 2 zeigt die Signalzuordnung.
Frequenzauswertung
Die Auswertung einer Impulsfolge erfolgt mit den beiden Monoflops der IS 74123 PC.
Im Grundzustand sind beide ungetriggert, und die Segmente A, D und G der VQB 28 leuchten nicht, /SDYN = H (s. Tafel 1).
Eine Eingangssignal-L-H-Flanke triggert beide Monoflops. Damit schaltet /SDYN auf L, und es
liegt über VD10 H am Eingang von D3.1 und L am Eingang von D3.2. Das
Segment G der VQB 28 leuchtet, während die Segmente A und D dunkel bleiben (Anzeige geringer Frequenz). Dabei bleibt
D2.2 wegen seiner großen Haltezeit ständig getriggert, wogegen D2.1 bei jedem
Eingangsimpuls hin- und herschaltet. Überschreitet die Eingangsfrequenz den
Wert der der Haltezeit von D2.1 entspricht, bleibt es ständig getriggert. Dadurch kann
D2.2 wegen A=H nicht mehr getriggert werden, und an D3.2 liegt,
wie an D3.1 ebenfalls, H. Damit leuchten A, D und G der VQB 28 (Anzeige hoher Frequenz). Durch den
Schalter S kann die Umschaltschwelle von geringer zu hoher Frequenz von 0,3 kHz auf 3 kHz
(entsprechend, der angegebenen Dimensionierung geändert werden.
Impulszähler
Des öfteren ist es wichtig, eine geringe Anzahl kurz aufeinanderfolgender Impulse zu zählen. Dazu wurde ein 4-bit-Dualzähler K 155 IE5 eingesetzt. Das Zählergebnis wird mit den LEDs B1 bis B4 angezeigt. S2 dient zum Rückstellen des Zählers.
Anzeigebaugruppe
Der Grundgedanke einer oszilloskopähnIichen Anzeige mit Hilfe einer um 90°
gedrehten Siebensegmentanzeige wurde [2] entnommen. Der Vorteil liegt in einer
leichten Ablesbarkeit trotz großer Vielfalt der angezeigten Ergebnisse.
Als Anzeigeverstärker findet der Inverter D204 D Verwendung., VD10 bis
VD12 entkoppeln die Eingänge für die Frequenzanzeige und realisieren außerdem die UND-Verknüpfung der Ausgänge
Q1 und Q2 von D2. Die zur Anzeige verwendete VQB 28 garantiert eine gute Ablesbarkeit bei
normaler Beleuchtung, ebenso die vier LEDs VQA 15, die das Zählergebnis des
Impulszählers in dualer Form darstellen. Tafel 3 enthält die Bedeutung der Anzeigesymbole.
Aufbau
Die gesamte Schaltung nach Bild 1 wurde auf zwei Leiterplatten der Abmessungen 30 mm X140 mm untergebracht, die übereinander angeordnet sind. Auf der oberen Platte befinden sich die
Siebensegmentanzeige H, die Dioden VD13 bis VD16, R22 bis
R32 sowie die Schalter S1 (Schiebeschalter) und S2 (Mikrotaster). Beide Platten sind in einem Gehäuse 35 mm X 35 mm
× 160 mm untergebracht, an dessen einem Ende sich die Prüfspitze befindet. Am anderen Ende ist die Anschlussschnur zur Stromversorgung
angebracht. Zwei Saugfüße im Gehäuseboden sorgen für eine problemlose Befestigung des Prüfstiftes an Gehäuseteilen der
zu untersuchenden Anlage, falls der Prüfende die Hände frei haben muss. In diesem Falle kann das zu untersuchende
Signal über eine Prüfschnur an die seitlich angebrachte Telefonbuchse angelegt
werden. Bild 3 zeigt den fertigen TTL-Prüfstift.
Zusammenfassung
Der in diesem Beitrag vorgestellte Prüfstift stellt ein Rationalisierungsmittel bei der Fehlersuche besonders in Anlagen der Datenverarbeitung und Mikrorechentechnik dar. Obwohl damit kein Oszilloskop ersetzt werden kann, was auch nicht Ziel der Entwicklung war, ermöglicht die gewählte Art der Anzeige weitgehende Aussagen über die Form und Frequenz des zu untersuchenden Signals. Der vorliegende Stift entstand im Rahmen der wissenschaftlichpraktischen Ausbildung von Schülern einer 11. und einer 12. Klasse.
Literatur:
[7] Turinsky, G.: Logikprüfstifte radio fernsehen elektronik. Berlin 32 (1983) 4, S. 211
[2] Dibos, H.: Schlauer Prüfstift: Funkschau, München 56 (1984) 23, S. 91-93
[3] Logikprüfstift für CMOS-IS. radio fernsehen elektronik. Berlin 35 (1986) 2, S. 132
[4] Kamenka, D.: Progrommierbare Operationsverstärker B 176 D und B 177 D. radio
fernsehen elektronik, Berlin 32 (1983) 5, S.281 bis 284
Bild 1 Pegelanzeige für genau definierte Bereiche
Bild 2 Umschalter für Referenzspannungsquelle
Bild 3 Prüfstift im Einsatz
nach radio fernsehen elktronik 10/86 S 670