Serious Magazine #14

Próbnik - trzecie oko elektronika

Jak każdy wie, albo i nie, każdy komputer to źródło sporej ilości sygnałów cyfrowych. Są wszechobecne w pracującym komputerze. Ale od czasu do czasu dzieje się coś dziwnego. Włączasz co trzeba, a zamiast radosnego bzyk, bzyk martwa cisza. Komp padł. Sytuacja może być inna. Kupiłeś sporo detali elektronicznych, w tym cyfrowych scalaków. Wytrwale budujesz nowe cudeńko które włożysz w tą lub inną szczelinkę. Radość byłaby zupełną gdyby to jeszcze po zmontowaniu działało. Ale działać nie chce. Przyczyn może być wiele.

błąd w montażu
zwarte ścieżki
uszkodzony scalak, pomimo że jest nowy
etc... etc... itd...

Dobrze byłoby wiedzieć, co nawaliło. Wystarczy naprawić i kłopot z głowy. No właśnie, co naprawić, gdzie błąd. Okiem nie widać. Na oscyloskopie tak! Ale jest drogi i nie każdy wie jak i po co go używać. Pomiary woltomierzem też nic nie dają. Przebiegi cyfrowe są za szybkie na taki pomiar. Woltomierz i owszem. Zmierzyć czy w ogóle układ jest zasilany. Dalej stop.

Potrzebne trzecie oko którym zobaczyć można przebiegi cyfrowe. Można by nim zobaczyć gdzie sygnał jest a gdzie go nie ma. Na ścieżkach układu cyfrowego występują mniej więcej takie przebiegi (to tylko poglądowe przykłady):

itp...

Wszystko byłoby dobrze gdyby częstotliwość ich występowania była baaardzo mała. Tak jednak nie jest. Zegar w Atari to kilka MHz. Pracujący POKEY też do wolnych nie należy. Pamięci to samo. Sekunda, a tu sygnałów tyle że głowa boli. Na szczęście, nie zawsze interesuje nas super dokładność. Wystarczy że sygnał jest, resztę można wydedukować szarymi komórkami. Więc tak, sygnał cyfrowy jest, ale bardzo szybko się zmienia. Woltomierz do niczego. Oscyloskopu nie ma. Podłączenie diody LED by migała w takt zmian nic nie daje, bo przebiegi są za szybkie. Co można zrobić? Zwolnić przebiegi cyfrowe. Nie będziemy grzebać w elektronice komputera bo i po co. Próbnik, który opiszę zrobi to elegancko.

Próbnik to nic innego jak zespół kilkunastu przerzutników które sygnał cyfrowy podzielą przez 2, 4, 8, 16... itd. Po co? Po to by zaobserwować miganie diody LED która jest właściwym wskaźnikiem. Końcówkę pomiarową dołączasz do jakiegoś punktu na płycie, a migająca dioda wskaże czy w tym punkcie jest przebieg cyfrowy, czy go nie ma. Dioda nie chce migać? Być może jest za duża częstotliwość impulsów, należy je jeszcze spowolnić. Wystarczy w próbniku przełożyć jumperek w inne położenie. W jednym z nich dioda MUSI migać. Jeżeli nie, to znaczy że w badanym punkcie nie ma przebiegu cyfrowego. Mając schemat układu można wydedukować jakie inne przebiegi tworzą właśnie jego i próbkując poszczególne punkty ustalić co i jak. I tak do skutku.

Pzykład:

Do wejścia 1 bramki NAND dochodzi jakiś sygnał cyfrowy.Do wyjścia 2 dochodzi inny. Na wyjściu powinny pojawić się impulsy, które są funkcją NAND obydwu sygnałów. Próbnik wykazuje że na wejściu 1 i 2 sygnały są a na wyjściu ich nie ma. Miejsce przerwy zlokalizowane. Wystarczy tylko ustalić dlaczego na wyjściu sygnał się nie pojawia. Wymiana układu scalonego przywróciła prawidłowe działanie. W innym przypadku okazać się może że pęknięta ścieżka stanowi przerwę. Proste?

Do budowy próbnika potrzebne są:

zespół przerzutników 4020 2szt
dioda LED np. czerwona o małym poborze prądu 1szt
opornik 100k
płytka, cyna, kynar, drut (linka)
goldpiny, jumper

Zasilanie 5V do próbnika pobiera się z badanego układu. Końcówkę pomiarową należy dołączyć do sprawdzanego punktu. Jumper ustawić w jedno z położeń, tak by dioda migała. Ot, i wszystko. Jeżeli badane przebiegi są jeszcze szybsze, to można dołączyć jeszcze jeden zespół przerzutników, czyli kolejny układ 4020. Próbnik służy mi do uruchamiania układów związanych z Atari, więc bez przesady. Nie wskaże przebiegów GigaMegaHz. Do tego potrzebne są szybsze przerzutniki. Układ 4020 tego nie zapewnia. Teraz zerkamy na schemat. Za chwilę szybki montaż i po dwóch chwilach można poobserwować przebiegi na płycie Atari. Z pewnością docenisz jego zalety. A może nawet pokusisz się o jego rozbudowę?

A teraz proste pytanie. Jest bramka NAND. Do wejścia 1 doprowadzono sygnał cyfrowy. Do wejscia 2 doprowadzono inny sygnał cyfrowy. Logika podpowiada, że na wyjściu powinien pojawiać się sygnał cyfrowy będący funkcją NAND sygnałów 1 i 2. Ale próbnik nie pokazuje tego. Pierwsza myśl to taka. Coś jest uszkodzone. Ale nic nie jest uszkodzone. Scalak jest dobry, a sygnał na wyjściu nie pojawia się. Dlaczego? Kto wie? Taki układ w praktyce nie występuje, ale dla celów dydaktycznych można go zasymulować by się czegoś nauczyć. Więc... Już wiesz!?

Zenon/DIAL