W układzie, którego schemat pokazano na rysunku, sprawdzono testerem stany logiczne na wejściach i wyjściach bramek, wyniki podano w tabeli. Z podanych stanów wynika, że uszkodzona jest bramka logiczna
| Sygnał | Stan logiczny |
|---|---|
| X1 | 1 |
| X2 | 0 |
| X3 | 0 |
| X4 | 1 |
| A | 1 |
| B | 0 |
| C | 1 |
| Q | 1 |
A. AND
B. NAND
C. Ex-OR
D. NOR
Pytanie z egzaminu CKE, styczeń 2023 (arkusz EE.18-SG-23.01).
Bramka AND jest tu uszkodzona, bo tylko jej wyjście nie zgadza się z tym, co wynika z tablicy prawdy. Dla wejść X3 = 0 i X4 = 1 poprawna bramka AND powinna dać na wyjściu C stan 0, ponieważ iloczyn logiczny daje 1 tylko wtedy, gdy wszystkie wejścia mają stan 1. W tabeli zmierzono jednak C = 1, więc ta bramka zachowuje się niezgodnie z zasadą działania. Pozostałe elementy pasują do pomiarów: X1 = 1 i X2 = 0 na bramce Ex-OR daje A = 1, więc to jest w porządku. Bramka NOR dostaje A = 1 oraz X3 = 0, więc jej wyjście B powinno być 0 i takie właśnie jest. Końcowa bramka NAND przy B = 0 i C = 1 daje Q = 1, czyli też nie widać tu sprzeczności. Moim zdaniem to dobry przykład, że w diagnostyce nie wolno patrzeć tylko na sygnał końcowy Q, bo usterka może być ukryta wcześniej w torze sygnałowym. W praktyce serwisowej stosuje się właśnie takie podejście: sprawdza się wejścia i wyjścia kolejnych bloków, porównuje z tablicą prawdy i dokumentacją schematową. Symbole bramek logicznych są normalizowane, np. zgodnie z praktyką opartą o IEC 60617, a w sterownikach PLC podobne funkcje spotyka się w logice zgodnej z IEC 61131-3. Dobra zasada: najpierw potwierdź sygnały wejściowe, potem oceniaj wyjście bramki, nie odwrotnie.
W tym zadaniu łatwo pomylić się, jeśli patrzy się tylko na stan końcowy Q albo próbuje się zgadywać uszkodzenie po nazwie bramki. Wyjście Q ma stan 1, ale to nie znaczy automatycznie, że ostatnia bramka NAND jest uszkodzona. Trzeba sprawdzić, czy jej zachowanie jest zgodne z tablicą prawdy. Przy wejściach B = 0 i C = 1 bramka NAND powinna dać 1, więc wynik Q = 1 jest normalny. Z mojego doświadczenia właśnie końcowe bramki są często podejrzewane za szybko, bo są najbliżej obserwowanego wyjścia, ale to nie jest dobra metoda diagnostyczna.
Bramka NOR również nie wskazuje na usterkę. Dostaje ona sygnały A = 1 oraz X3 = 0, a NOR daje 1 tylko wtedy, gdy wszystkie wejścia są równe 0. Skoro jedno wejście ma 1, jej wyjście powinno być 0. Pomiar B = 0 jest więc zgodny z logiką. Podobnie bramka Ex-OR na wejściach X1 = 1 i X2 = 0 powinna wygenerować A = 1, bo Ex-OR daje stan wysoki wtedy, gdy wejścia są różne. Tu też nie ma sprzeczności.
Problem pojawia się dopiero przy bramce AND. Dla X3 = 0 i X4 = 1 poprawny iloczyn logiczny powinien wynosić 0, a zmierzono C = 1. To jest klasyczny objaw niesprawnej bramki albo zwarcia wyjścia do stanu wysokiego, ewentualnie błędu połączenia na płytce. W dobrych praktykach utrzymania ruchu porównuje się każdy węzeł z oczekiwaną wartością, a nie tylko szuka losowo uszkodzonego układu scalonego. Takie podejście ogranicza niepotrzebną wymianę elementów i pomaga szybciej znaleźć realną przyczynę awarii.
Bramka NOR również nie wskazuje na usterkę. Dostaje ona sygnały A = 1 oraz X3 = 0, a NOR daje 1 tylko wtedy, gdy wszystkie wejścia są równe 0. Skoro jedno wejście ma 1, jej wyjście powinno być 0. Pomiar B = 0 jest więc zgodny z logiką. Podobnie bramka Ex-OR na wejściach X1 = 1 i X2 = 0 powinna wygenerować A = 1, bo Ex-OR daje stan wysoki wtedy, gdy wejścia są różne. Tu też nie ma sprzeczności.
Problem pojawia się dopiero przy bramce AND. Dla X3 = 0 i X4 = 1 poprawny iloczyn logiczny powinien wynosić 0, a zmierzono C = 1. To jest klasyczny objaw niesprawnej bramki albo zwarcia wyjścia do stanu wysokiego, ewentualnie błędu połączenia na płytce. W dobrych praktykach utrzymania ruchu porównuje się każdy węzeł z oczekiwaną wartością, a nie tylko szuka losowo uszkodzonego układu scalonego. Takie podejście ogranicza niepotrzebną wymianę elementów i pomaga szybciej znaleźć realną przyczynę awarii.