試論單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件調(diào)試技巧

趙偉博

摘 要：?jiǎn)纹瑱C(jī)的調(diào)試工作是重點(diǎn)環(huán)節(jié)，其中硬件調(diào)試是基礎(chǔ)。在硬件調(diào)試中可以使用靜態(tài)調(diào)試和聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試，借助各種調(diào)試工具對(duì)元器件、電源、邏輯錯(cuò)誤、信號(hào)、顯示器以及鍵盤(pán)等進(jìn)行高度，確保通電后，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)；硬件調(diào)試；靜態(tài)調(diào)試；聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試

單片微型計(jì)算機(jī)具有小體積、低功耗、低價(jià)格的優(yōu)點(diǎn)，在功能上集成了邏輯判斷、定時(shí)計(jì)數(shù)以及程序控制等功能，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。單片機(jī)系統(tǒng)包括了硬件和軟件，由于單片機(jī)的設(shè)計(jì)與系統(tǒng)特點(diǎn)有很大關(guān)系，因此系統(tǒng)調(diào)試是單片機(jī)開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)程序。在系統(tǒng)調(diào)試工作中，硬件調(diào)試是基礎(chǔ)，往往在軟件調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的一些錯(cuò)誤，都與硬件錯(cuò)誤有密切關(guān)系，因此要使系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和運(yùn)行更為穩(wěn)定，硬件調(diào)試是最為基礎(chǔ)的。

1 系統(tǒng)硬件的調(diào)試工具

單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試需要一些必備的調(diào)試工具，包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)、萬(wàn)用表、邏輯表、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、未波器。

2 硬件的靜態(tài)調(diào)試

靜態(tài)調(diào)試就在是系統(tǒng)還沒(méi)工作之前 對(duì)硬件進(jìn)行檢查的過(guò)程。

1、脫機(jī)調(diào)試

在加電之前，使用萬(wàn)用表等調(diào)試工具，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)樣機(jī)的線路正確性進(jìn)行仔細(xì)的核對(duì)，同時(shí)仔細(xì)檢查元器件型號(hào)、規(guī)格以及安裝問(wèn)題，尤其要對(duì)印制板的加工以及焊接時(shí)的走線之間是否存在相互短路問(wèn)題等重點(diǎn)關(guān)注。

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)硬件可能會(huì)因?yàn)樵O(shè)計(jì)以及加工焊接過(guò)程中產(chǎn)生的工藝性錯(cuò)誤而引發(fā)邏輯故障。主要有錯(cuò)線問(wèn)題、開(kāi)路問(wèn)題、短路問(wèn)題、虛焊問(wèn)題以及相位錯(cuò)等錯(cuò)誤。其中最常見(jiàn)的是短路故障。單片機(jī)體積雖小，但其線路復(fù)雜性以及布線密度上卻都較高，因此對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)的加工工藝都有較高的標(biāo)準(zhǔn)要求，否則很可能引發(fā)引線短路問(wèn)題。排除邏輯故障的方法一般是將印制板實(shí)物與電路原理圖進(jìn)行一一的對(duì)照，以檢查兩者的一致性，尤其要重點(diǎn)檢查地址總線、數(shù)據(jù)總線以及控制總線等系統(tǒng)總線的短路現(xiàn)象，并及時(shí)排除故障。萬(wàn)用表具備了短路測(cè)試功能，能夠有效的縮短排除時(shí)間。線路排布很容易影響到故障的檢查以及排除、元器件的更換等操作簡(jiǎn)單程度。

2、元器件失效排除

元器件失效一般是由兩種原因引發(fā)的：在采購(gòu)時(shí)沒(méi)有對(duì)元器件的標(biāo)準(zhǔn)性以及完整性；加工安裝時(shí)操作錯(cuò)誤使元器件出現(xiàn)失效或者燒毀現(xiàn)象，如二極管在安裝時(shí)發(fā)生方向錯(cuò)誤就可能會(huì)擊穿燒毀電容。針對(duì)這兩個(gè)原因，一方面，采購(gòu)人員要在采購(gòu)環(huán)節(jié)認(rèn)真負(fù)責(zé)，仔細(xì)核對(duì)元器件型號(hào)、規(guī)格以及設(shè)計(jì)要求，再進(jìn)行當(dāng)場(chǎng)試驗(yàn)。另一方面，可以通過(guò)隔離壓縮法檢查故障部位，具體方法是先把某條線路暫時(shí)切斷，再把某個(gè)原件關(guān)閉，通過(guò)對(duì)故障范圍的壓縮找出具體的故障部位，最后更換失效的元器件。

3、電源故障排除

單片機(jī)電源故障一般是指：電壓值不符合系統(tǒng)的承壓要求、電線和插座之間無(wú)法配合、電源出現(xiàn)短路問(wèn)題、變壓器的變壓功率不充足、過(guò)多的負(fù)載造成內(nèi)阻過(guò)大等問(wèn)題。電源故障不能及時(shí)排除，一旦通電工作后，就會(huì)使元器件發(fā)生損壞現(xiàn)象，在通電之前，要對(duì)電源進(jìn)行專門的檢查。如對(duì)極性和幅值進(jìn)行檢查，檢查合格后再接入系統(tǒng)各個(gè)部位。通電后，要仔細(xì)觀察各個(gè)插件引腳電位，避免出現(xiàn)高壓現(xiàn)象損壞聯(lián)機(jī)仿真器。萬(wàn)用表對(duì)于電路值、短路現(xiàn)象的檢查有很大的適用性。系統(tǒng)電源在負(fù)載給定電壓后接入系統(tǒng)板。之后打開(kāi)電源，觀察電源端額定電壓值。斷電狀態(tài)下，把芯片逐次插入印制板，每組芯片插接完成，就加入額定電壓，并觀察電源情況。將芯片全部安裝完成，并確定電源沒(méi)有出現(xiàn)異常，芯片可以正常工作后，就可以進(jìn)行下一步動(dòng)態(tài)調(diào)試。

3 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試

聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試就是對(duì)系統(tǒng)硬件元器件的內(nèi)部故障以及信號(hào)、時(shí)序等邏輯錯(cuò)誤進(jìn)行檢查。動(dòng)態(tài)調(diào)試可以使用分組調(diào)試。各小組編制不同的程序，由小組分別進(jìn)行測(cè)試。各個(gè)小組在測(cè)試正常后接入系統(tǒng)，接入后一旦出現(xiàn)故障，就要及時(shí)協(xié)調(diào)各小組電路之間的通信問(wèn)題，確保所有電路都能夠在系統(tǒng)中正常運(yùn)行。

1、信號(hào)的調(diào)試

聯(lián)機(jī)檢查要使用仿真開(kāi)發(fā)器、示波器以及萬(wàn)用表等工具。通電后，開(kāi)發(fā)機(jī)執(zhí)行讀/寫(xiě)指令，即在樣機(jī)存儲(chǔ)器的I/O端口完成讀/寫(xiě)操作，然后執(zhí)行邏輯檢查。出現(xiàn)故障時(shí)，可以通過(guò)示波器對(duì)故障點(diǎn)的波形進(jìn)行觀察，找出故障原因并排除故障。單片機(jī)信號(hào)線類型較多，有時(shí)鐘和復(fù)位等類型的信號(hào)線，這些信號(hào)線會(huì)發(fā)出信號(hào)，單靠示波器無(wú)法完成信號(hào)的全部檢查，因此要使用仿真器進(jìn)行檢查。如對(duì)脈沖類信號(hào)要結(jié)合死循環(huán)程序的軟件進(jìn)行檢查，再通過(guò)示波器觀察信號(hào)狀態(tài)；電平類信號(hào)可以通過(guò)示波器直接觀察。

仿真器能夠根據(jù)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)特點(diǎn)設(shè)定參數(shù)，參數(shù)的準(zhǔn)確性與特點(diǎn)模擬準(zhǔn)確性和仿真效果有直接的關(guān)系。

2、顯示器的調(diào)試

單片機(jī)具有定時(shí)計(jì)數(shù)功能，這種功能的實(shí)現(xiàn)主要依賴于顯示器，因此顯示器數(shù)碼管的調(diào)試也是重點(diǎn)。靜態(tài)調(diào)試完成后，對(duì)數(shù)碼管腳加至額定電平，如果數(shù)碼管不能保持理論數(shù)值和波形的顯示狀態(tài)時(shí)，就說(shuō)明數(shù)碼管可能存在接觸不良的狀況，需要找出并排除故障。數(shù)碼管如果存在小數(shù)點(diǎn)的管腳損壞情況，可以直接更換顯示器。更換顯示器后，如果小數(shù)點(diǎn)仍然不能正常顯示，就需要使用軟件進(jìn)行調(diào)試。還要通過(guò)邏輯電路對(duì)語(yǔ)音模塊進(jìn)行調(diào)試，觀察時(shí)鐘芯片的工作狀態(tài)，如果斷電狀態(tài)下無(wú)法保存時(shí)鐘數(shù)據(jù)，就表示時(shí)鐘芯片運(yùn)行存在不正?，F(xiàn)象，需要更換電池。

3、鍵盤(pán)的調(diào)試

顯示器調(diào)試成功后，鍵盤(pán)調(diào)試就可以很簡(jiǎn)單的完成。編譯一段程序，由鍵盤(pán)輸入至仿真器，再觀察顯示器是否和鍵盤(pán)編譯的程序保持了一致的變化 ，就能確定鍵盤(pán)是否正常。也可以通過(guò)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)在編譯的程序中設(shè)置斷點(diǎn)，并檢查斷點(diǎn)前后鍵值變化是否和程序斷點(diǎn)變化相一致，當(dāng)斷點(diǎn)和鍵值出現(xiàn)不一致變化時(shí)，能夠根據(jù)具體變化位置判斷鍵盤(pán)的具體故障部位，及時(shí)排除故障。

4 結(jié)語(yǔ)

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件調(diào)試主要就是通過(guò)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)調(diào)試兩種方法完成。調(diào)試的主要目的是檢查元器件問(wèn)題、電源問(wèn)題、邏輯錯(cuò)誤問(wèn)題等，確保元器件的型號(hào)、規(guī)格、設(shè)計(jì)要求以及安裝方法都符合要求，元器件沒(méi)有存在損壞現(xiàn)象。再通過(guò)程序調(diào)試，檢查硬件中存在的信號(hào)問(wèn)題、顯示器問(wèn)題以及鍵盤(pán)問(wèn)題等。通過(guò)調(diào)試找出硬件故障，確保系統(tǒng)軟件調(diào)試的正常進(jìn)行，確保單片機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

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