單片機控制系統故障淺析

摘 要：在工業控制中隨處可見單片機的身影，一旦其控制系統出現故障，對整個生產造成的影響是不容小覷的。本文針對單片機控制系統的故障進行探討，給出了故障區搜索的方法，并對主控機小系統故障以及系統級別故障的理念進行了闡述。以實例說明故障診斷方法，就硬件故障和軟件故障的不同分別給出了故障排除的方法。

關鍵詞：故障診斷；單片機；軟件；硬件

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 02-0000-01

就單片機控制系統而言，其內部的電路結構十分復雜，接口、傳感器以及執行結構等具有較大差別[1]；所以，單片機控制系統出現的故障現象也是千差萬別的，人們往往難以在短時間內確定故障部位；即使是采用先進工藝和經過精心設計的單片機控制系統，在投入運行后也難免會出現故障。而對于維修工作人員來說，需要在短時間內將故障排除，使系統盡快恢復正常，由于他們不是系統的設計人員，只能通過外用表、邏輯筆等工具進行系統的測試，增大了故障診斷的難度。

一、單片機控制系統故障區確定

由于單片機控制系統的軟硬件相互補充和依存，較難確定兩者的范圍，因此也難以判斷出是硬件故障還是軟件故障。對于系統級故障，為了便于判斷，應該盡可能的縮小其故障區。一般可以采用以下幾種方法：（1）同類比較法。對于多重系統而言，有些部件具有同邏輯和同結構的特點；一旦這些部件的功能出現錯誤，可以互換兩個相同的插件，再次觀察故障現象，查看其是否發生了轉移，從而對故障部位進行確定；（2）分段查找法。對于故障現象較多和較復雜的情況，可以采用分段查找的方法；系統在故障情況下可能會出現信息在傳輸通道上出錯的現象，對此，可以將觀察點設置在相應的信息通道上，確定故障發生的地段。沒設置一個觀察點都可以縮短故障范圍；（3）故障跟蹤法。從故障的表現點出發進行查找，一直查找到正常狀態的位置；這種方法又有正向跟蹤法和反向跟蹤法之分。在實踐中，這兩種方法經常用到；（4）隔離壓縮法。依據故障的表現形式，可以暫時將故障和其他相關線路的聯系切斷，將有關信息封鎖掉，從而縮小故障范圍，如圖1所示[2]。

當1號負荷的輸出出現異常，可以先將3號負荷斷開，如果系統正常了，則說明是OC門的驅動力不夠，應該加強其驅動能力。值得注意的是，在單片機的應用中，硬件線路具有較強的關聯性，切斷關聯線路從而隔離故障需要足夠的實踐經驗；（5）振動加固法。實踐表明，單片機控制系統出現故障很大一部分原因是接觸不良。有些設備常常被移動，其內部的插件出現了松動，導致其工作不穩定；對此，可以進行插件的緊固，將接觸不良故障定位在模板上；（6）拉偏檢查。一些突發性故障常常是因為元件的性能存在缺陷；一旦環境發生變化或者是受到強電磁干擾的影響，就會表現出功能上的錯誤；而這種不穩定的故障難以判斷。對此，可以采用拉偏檢查的方法，使得故障重現，使之成為穩定性故障，再使用其他方法進行故障判斷。

二、主控單片機小系統故障分析

所謂主控機小系統，是指可以維持單片機工作的最小硬件系統。對這種系統的軟件故障進行檢查和硬件故障進行檢查時，可以采用MCS-51在線仿真機或則是邏輯分析儀進行測試；并且使用示波器進行觀察[3]。具體測試方方法如下：首先，用肉眼對其外觀進行檢查，查看是否存在：斷線、碰線以及元件過熱、燒壞等現象；用相應工具測量各元件的電源引腳，查看其邏輯要求是否符合；對RESET信號進行檢查，按下RESET，它變為高電平，松開按鈕后變為低電平。如果沒有外接的按鈕開關，還可以如圖2所示直接將電源與電容連接起來。并用示波器的探頭接觸RESET端，開啟電源后，如果圖形由高變低并且穩定，則表明復位電路沒有出現故障。

接著采用示波器對時鐘信號進行觀測，將示波器探頭連接在XTAL2引腳上，對其時鐘脈沖進行觀察；用邏輯測試儀對工作程序代碼進行讀取，對其是否存在錯誤進行判斷；觀察PO、P1、P2以及P3口的信號進行觀測；對邏輯信號進行跟蹤。最后，對邏輯門和驅動門是否正常進行判斷。

三、系統級故障診斷

當小系統電氣連接正常時，可以利用相應的系統自檢程序進行系統自檢。依據MC9-51單片機的地址分配特點，應該在OOOOH單元中對系統自檢程序安置一條無條件轉移指令。對EPROM進行檢查的常用方法是靜態測試法，首先將相應的自檢程序固化到EPROM中，對其機器代碼的累加和進行計算，將結果固化到EPROM特定單元；只需要計算EPROM的程序代碼即可判斷出EPROM的完好性。檢測系統故障的有效方法是利用系統自身的自檢功能，它不僅能夠對軟件進行自檢，還可以對硬件電路系統進行自檢。在故障檢測中，對于與主控板相連接的一些異步輸入信號，應該作為檢測的重點，如：中斷信號、就緒信號以及保持信號等[4]。

四、結束語

對于單片機控制系統而言，其故障診斷是一個十分復雜的過程，時至今日依然沒有十分完善的診斷標準。這不僅因為單片機自身的故障性質，還與維修人員你的工作經驗有極大關系。對固定性故障和暫時性故障的診斷有不同的方法。應該依據具體情況靈活選擇。

參考文獻：

[1]胡漢才.單片機原理及其接口技術[M].北京：清華大學出版社，2000.

[2]李秉操.單片機接口技術及在工業控制中的應用[J].陜西電子編輯部，1996.

[3]包松，鮑可進，余景華.單片機PID算法的直流電機測控系統[J].微機發展（現更名：計算機技術與發展），2003（08）：72-74.

[4]劉華東，張亞華.單片機原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2006：136-138.