試論單片機應用系統硬件調試技巧

趙偉博

摘 要：單片機的調試工作是重點環節，其中硬件調試是基礎。在硬件調試中可以使用靜態調試和聯機仿真調試，借助各種調試工具對元器件、電源、邏輯錯誤、信號、顯示器以及鍵盤等進行高度，確保通電后，系統能夠穩定運行。

關鍵詞：單片機應用系統；硬件調試；靜態調試；聯機仿真調試

單片微型計算機具有小體積、低功耗、低價格的優點，在功能上集成了邏輯判斷、定時計數以及程序控制等功能，應用領域極為廣泛。單片機系統包括了硬件和軟件，由于單片機的設計與系統特點有很大關系，因此系統調試是單片機開發的重點程序。在系統調試工作中，硬件調試是基礎，往往在軟件調試過程中出現的一些錯誤，都與硬件錯誤有密切關系，因此要使系統開發和運行更為穩定，硬件調試是最為基礎的。

1 系統硬件的調試工具

單片機系統的硬件調試需要一些必備的調試工具，包括：單片機的開發系統、萬用表、邏輯表、函數信號發生器、邏輯分析儀、未波器。

2 硬件的靜態調試

靜態調試就在是系統還沒工作之前 對硬件進行檢查的過程。

1、脫機調試

在加電之前，使用萬用表等調試工具，根據設計圖紙對樣機的線路正確性進行仔細的核對，同時仔細檢查元器件型號、規格以及安裝問題，尤其要對印制板的加工以及焊接時的走線之間是否存在相互短路問題等重點關注。

單片機應用系統硬件可能會因為設計以及加工焊接過程中產生的工藝性錯誤而引發邏輯故障。主要有錯線問題、開路問題、短路問題、虛焊問題以及相位錯等錯誤。其中最常見的是短路故障。單片機體積雖小，但其線路復雜性以及布線密度上卻都較高，因此對每一個環節的加工工藝都有較高的標準要求，否則很可能引發引線短路問題。排除邏輯故障的方法一般是將印制板實物與電路原理圖進行一一的對照，以檢查兩者的一致性，尤其要重點檢查地址總線、數據總線以及控制總線等系統總線的短路現象，并及時排除故障。萬用表具備了短路測試功能，能夠有效的縮短排除時間。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的：在采購時沒有對元器件的標準性以及完整性；加工安裝時操作錯誤使元器件出現失效或者燒毀現象，如二極管在安裝時發生方向錯誤就可能會擊穿燒毀電容。針對這兩個原因，一方面，采購人員要在采購環節認真負責，仔細核對元器件型號、規格以及設計要求，再進行當場試驗。另一方面，可以通過隔離壓縮法檢查故障部位，具體方法是先把某條線路暫時切斷，再把某個原件關閉，通過對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

單片機電源故障一般是指：電壓值不符合系統的承壓要求、電線和插座之間無法配合、電源出現短路問題、變壓器的變壓功率不充足、過多的負載造成內阻過大等問題。電源故障不能及時排除，一旦通電工作后，就會使元器件發生損壞現象，在通電之前，要對電源進行專門的檢查。如對極性和幅值進行檢查，檢查合格后再接入系統各個部位。通電后，要仔細觀察各個插件引腳電位，避免出現高壓現象損壞聯機仿真器。萬用表對于電路值、短路現象的檢查有很大的適用性。系統電源在負載給定電壓后接入系統板。之后打開電源，觀察電源端額定電壓值。斷電狀態下，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，并確定電源沒有出現異常，芯片可以正常工作后，就可以進行下一步動態調試。

3 聯機仿真調試

聯機仿真調試就是對系統硬件元器件的內部故障以及信號、時序等邏輯錯誤進行檢查。動態調試可以使用分組調試。各小組編制不同的程序，由小組分別進行測試。各個小組在測試正常后接入系統，接入后一旦出現故障，就要及時協調各小組電路之間的通信問題，確保所有電路都能夠在系統中正常運行。

1、信號的調試

聯機檢查要使用仿真開發器、示波器以及萬用表等工具。通電后，開發機執行讀/寫指令，即在樣機存儲器的I/O端口完成讀/寫操作，然后執行邏輯檢查。出現故障時，可以通過示波器對故障點的波形進行觀察，找出故障原因并排除故障。單片機信號線類型較多，有時鐘和復位等類型的信號線，這些信號線會發出信號，單靠示波器無法完成信號的全部檢查，因此要使用仿真器進行檢查。如對脈沖類信號要結合死循環程序的軟件進行檢查，再通過示波器觀察信號狀態；電平類信號可以通過示波器直接觀察。

仿真器能夠根據單片機應用系統特點設定參數，參數的準確性與特點模擬準確性和仿真效果有直接的關系。

2、顯示器的調試

單片機具有定時計數功能，這種功能的實現主要依賴于顯示器，因此顯示器數碼管的調試也是重點。靜態調試完成后，對數碼管腳加至額定電平，如果數碼管不能保持理論數值和波形的顯示狀態時，就說明數碼管可能存在接觸不良的狀況，需要找出并排除故障。數碼管如果存在小數點的管腳損壞情況，可以直接更換顯示器。更換顯示器后，如果小數點仍然不能正常顯示，就需要使用軟件進行調試。還要通過邏輯電路對語音模塊進行調試，觀察時鐘芯片的工作狀態，如果斷電狀態下無法保存時鐘數據，就表示時鐘芯片運行存在不正常現象，需要更換電池。

3、鍵盤的調試

顯示器調試成功后，鍵盤調試就可以很簡單的完成。編譯一段程序，由鍵盤輸入至仿真器，再觀察顯示器是否和鍵盤編譯的程序保持了一致的變化 ，就能確定鍵盤是否正常。也可以通過開發系統在編譯的程序中設置斷點，并檢查斷點前后鍵值變化是否和程序斷點變化相一致，當斷點和鍵值出現不一致變化時，能夠根據具體變化位置判斷鍵盤的具體故障部位，及時排除故障。

4 結語

單片機應用系統的硬件調試主要就是通過靜態和動態調試兩種方法完成。調試的主要目的是檢查元器件問題、電源問題、邏輯錯誤問題等，確保元器件的型號、規格、設計要求以及安裝方法都符合要求，元器件沒有存在損壞現象。再通過程序調試，檢查硬件中存在的信號問題、顯示器問題以及鍵盤問題等。通過調試找出硬件故障，確保系統軟件調試的正常進行，確保單片機的穩定運行。

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