| 标题 | 试论单片机应用系统硬件调试技巧 |
| 范文 | 赵伟博 摘 要：单片机的调试工作是重点环节，其中硬件调试是基础。在硬件调试中可以使用静态调试和联机仿真调试，借助各种调试工具对元器件、电源、逻辑错误、信号、显示器以及键盘等进行高度，确保通电后，系统能够稳定运行。 关键词：单片机应用系统；硬件调试；静态调试；联机仿真调试 单片微型计算机具有小体积、低功耗、低价格的优点，在功能上集成了逻辑判断、定时计数以及程序控制等功能，应用领域极为广泛。单片机系统包括了硬件和软件，由于单片机的设计与系统特点有很大关系，因此系统调试是单片机开发的重点程序。在系统调试工作中，硬件调试是基础，往往在软件调试过程中出现的一些错误，都与硬件错误有密切关系，因此要使系统开发和运行更为稳定，硬件调试是最为基础的。 1 系统硬件的调试工具 单片机系统的硬件调试需要一些必备的调试工具，包括：单片机的开发系统、万用表、逻辑表、函数信号发生器、逻辑分析仪、未波器。 2 硬件的静态调试 静态调试就在是系统还没工作之前 对硬件进行检查的过程。 1、脱机调试 在加电之前，使用万用表等调试工具，根据设计图纸对样机的线路正确性进行仔细的核对，同时仔细检查元器件型号、规格以及安装问题，尤其要对印制板的加工以及焊接时的走线之间是否存在相互短路问题等重点关注。 单片机应用系统硬件可能会因为设计以及加工焊接过程中产生的工艺性错误而引发逻辑故障。主要有错线问题、开路问题、短路问题、虚焊问题以及相位错等错误。其中最常见的是短路故障。单片机体积虽小，但其线路复杂性以及布线密度上却都较高，因此对每一个环节的加工工艺都有较高的标准要求，否则很可能引发引线短路问题。排除逻辑故障的方法一般是将印制板实物与电路原理图进行一一的对照，以检查两者的一致性，尤其要重点检查地址总线、数据总线以及控制总线等系统总线的短路现象，并及时排除故障。万用表具备了短路测试功能，能够有效的缩短排除时间。线路排布很容易影响到故障的检查以及排除、元器件的更换等操作简单程度。 2、元器件失效排除 元器件失效一般是由两种原因引发的：在采购时没有对元器件的标准性以及完整性；加工安装时操作错误使元器件出现失效或者烧毁现象，如二极管在安装时发生方向错误就可能会击穿烧毁电容。针对这两个原因，一方面，采购人员要在采购环节认真负责，仔细核对元器件型号、规格以及设计要求，再进行当场试验。另一方面，可以通过隔离压缩法检查故障部位，具体方法是先把某条线路暂时切断，再把某个原件关闭，通过对故障范围的压缩找出具体的故障部位，最后更换失效的元器件。 3、电源故障排除 单片机电源故障一般是指：电压值不符合系统的承压要求、电线和插座之间无法配合、电源出现短路问题、变压器的变压功率不充足、过多的负载造成内阻过大等问题。电源故障不能及时排除，一旦通电工作后，就会使元器件发生损坏现象，在通电之前，要对电源进行专门的检查。如对极性和幅值进行检查，检查合格后再接入系统各个部位。通电后，要仔细观察各个插件引脚电位，避免出现高压现象损坏联机仿真器。万用表对于电路值、短路现象的检查有很大的适用性。系统电源在负载给定电压后接入系统板。之后打开电源，观察电源端额定电压值。断电状态下，把芯片逐次插入印制板，每组芯片插接完成，就加入额定电压，并观察电源情况。将芯片全部安装完成，并确定电源没有出现异常，芯片可以正常工作后，就可以进行下一步动态调试。 3 联机仿真调试 联机仿真调试就是对系统硬件元器件的内部故障以及信号、时序等逻辑错误进行检查。动态调试可以使用分组调试。各小组编制不同的程序，由小组分别进行测试。各个小组在测试正常后接入系统，接入后一旦出现故障，就要及时协调各小组电路之间的通信问题，确保所有电路都能够在系统中正常运行。 1、信号的调试 联机检查要使用仿真开发器、示波器以及万用表等工具。通电后，开发机执行读/写指令，即在样机存储器的I/O端口完成读/写操作，然后执行逻辑检查。出现故障时，可以通过示波器对故障点的波形进行观察，找出故障原因并排除故障。单片机信号线类型较多，有时钟和复位等类型的信号线，这些信号线会发出信号，单靠示波器无法完成信号的全部检查，因此要使用仿真器进行检查。如对脉冲类信号要结合死循环程序的软件进行检查，再通过示波器观察信号状态；电平类信号可以通过示波器直接观察。 仿真器能够根据单片机应用系统特点设定参数，参数的准确性与特点模拟准确性和仿真效果有直接的关系。 2、显示器的调试 单片机具有定时计数功能，这种功能的实现主要依赖于显示器，因此显示器数码管的调试也是重点。静态调试完成后，对数码管脚加至额定电平，如果数码管不能保持理论数值和波形的显示状态时，就说明数码管可能存在接触不良的状况，需要找出并排除故障。数码管如果存在小数点的管脚损坏情况，可以直接更换显示器。更换显示器后，如果小数点仍然不能正常显示，就需要使用软件进行调试。还要通过逻辑电路对语音模块进行调试，观察时钟芯片的工作状态，如果断电状态下无法保存时钟数据，就表示时钟芯片运行存在不正常现象，需要更换电池。 3、键盘的调试 显示器调试成功后，键盘调试就可以很简单的完成。编译一段程序，由键盘输入至仿真器，再观察显示器是否和键盘编译的程序保持了一致的变化 ，就能确定键盘是否正常。也可以通过开发系统在编译的程序中设置断点，并检查断点前后键值变化是否和程序断点变化相一致，当断点和键值出現不一致变化时，能够根据具体变化位置判断键盘的具体故障部位，及时排除故障。 4 结语 单片机应用系统的硬件调试主要就是通过静态和动态调试两种方法完成。调试的主要目的是检查元器件问题、电源问题、逻辑错误问题等，确保元器件的型号、规格、设计要求以及安装方法都符合要求，元器件没有存在损坏现象。再通过程序调试，检查硬件中存在的信号问题、显示器问题以及键盘问题等。通过调试找出硬件故障，确保系统软件调试的正常进行，确保单片机的稳定运行。 参考文献 [1]陈兴文， 刘燕. 单片机应用系统硬件调试技巧[J]. 现代电子技术， 2000（7）：65-66. [2]曹荣祥. 单片机应用系统硬件的调试方法浅析[J]. 通讯世界， 2015（16）：202-202. [3]王广平. 单片机应用系统的硬件集成调试方法[J]. 科技风， 2011（11）：128-128. [4]温艳艳. 单片机应用系统的调试方法[J]. 天津科技， 2016， 43（5）：63-64. [5]盛蒙蒙， 邱烨， 葛亦斌. 基于单片机应用系统调试的工具及方法[J]. 信息与电脑：理论版， 2009（7）. [6]梁俊超. 单片机系统硬件调试方法[J]. 科技致富向导， 2013（18）：61-61. |
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