利用簡單工具對(duì)單片機(jī)硬件調(diào)試的方法

在單片機(jī)開發(fā)過程中，從硬件設(shè)計(jì)到軟件設(shè)計(jì)幾乎是開發(fā)者針對(duì)本系統(tǒng)特點(diǎn)親自完成的。這樣雖然可以降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性，但是每個(gè)系統(tǒng)的調(diào)試占去了總開發(fā)時(shí)間的2/3，可見調(diào)試的工作量比較大。單片機(jī)系統(tǒng)的硬件調(diào)試和軟件調(diào)試是不能分開的，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中被發(fā)現(xiàn)和糾正的。但通常是先排除明顯的硬件故障以后，再和軟件結(jié)合起來調(diào)試以進(jìn)一步排除故障?？梢娪布恼{(diào)試是基礎(chǔ)，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設(shè)計(jì)則是無從做起。本文結(jié)合作者在單片機(jī)開發(fā)過程中體會(huì)，討論硬件調(diào)試的技巧。

當(dāng)硬件設(shè)計(jì)從布線到焊接安裝完成之后，就開始進(jìn)入硬件調(diào)試階段，調(diào)試大體分為以下幾步。

1 硬件靜態(tài)的調(diào)試

1.1排除邏輯故障

這類故障往往由于設(shè)計(jì)和加工制板過程中工藝性錯(cuò)誤所造成的。主要包括錯(cuò)線、開路、短路。排除的方法是首先將加工的印制板認(rèn)真對(duì)照原理圖，看兩者是否一致。應(yīng)特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯(cuò)誤，并重點(diǎn)檢查系統(tǒng)總線(地址總線、數(shù)據(jù)總線和控制總線)是否存在相互之間短路或與其它信號(hào)線路短路。必要時(shí)利用數(shù)字萬用表的短路測(cè)試功能，可以縮短排錯(cuò)時(shí)間。

1.2排除元器件失效

造成這類錯(cuò)誤的原因有兩個(gè)：一個(gè)是元器件買來時(shí)就已壞了;另一個(gè)是由于安裝錯(cuò)誤，造成器件燒壞?？梢圆扇z查元器件與設(shè)計(jì)要求的型號(hào)、規(guī)格和安裝是否一致。在保證安裝無誤后，用替換方法排除錯(cuò)誤。

1.3排除電源故障

在通電前，一定要檢查電源電壓的幅值和極性，否則很容易造成集成塊損壞。加電后檢查各插件上引腳的電位，一般先檢查VCC與GND之間電位，若在5V～4.8V之間屬正常。若有高壓，聯(lián)機(jī)仿真器調(diào)試時(shí)，將會(huì)損壞仿真器等，有時(shí)會(huì)使應(yīng)用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。

2 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試

聯(lián)機(jī)仿真必須借助仿真開發(fā)裝置、示波器、萬用表等工具。這些工具是單片機(jī)開發(fā)的最基本工具。

信號(hào)線是聯(lián)絡(luò)8031和外部器件的紐帶，如果信號(hào)線連結(jié)錯(cuò)誤或時(shí)序不對(duì)，那么都會(huì)造成對(duì)外圍電路讀寫錯(cuò)誤。51系列單片機(jī)的信號(hào)線大體分為讀、寫信號(hào)線、片選信號(hào)線、時(shí)鐘信號(hào)線、外部程序存貯器讀選通信號(hào)(PSEN)、地址鎖存信號(hào)(ALE)、復(fù)位信號(hào)等幾大類。這些信號(hào)大多屬于脈沖信號(hào)，對(duì)于脈沖信號(hào)借助示波器(這里指通用示波器)用常規(guī)方法很難觀測(cè)到，必須采取一定措施才能觀測(cè)到。應(yīng)該利用軟件編程的方法來實(shí)現(xiàn)。例如對(duì)片選信號(hào)，運(yùn)行下面的小程序就可以檢測(cè)出譯碼片選信號(hào)是否正常。

MAIN：MOVDPTR，#DPTR

;將地址送入DPTR

MOVXA，@DPTR

;將譯碼地址外RAM中的內(nèi)容送入ACC

NOP;適當(dāng)延時(shí)

SJMPMAIN;循環(huán)

執(zhí)行程序后，就可以利用示波器觀察芯片的片選信號(hào)引出腳(用示波器掃描時(shí)間為1μs/每格檔)，這時(shí)應(yīng)看到周期為數(shù)微秒的負(fù)脈沖波形，若看不到則說明譯碼信號(hào)有錯(cuò)誤。

對(duì)于電平類信號(hào)，觀測(cè)起來就比較容易。例如對(duì)復(fù)位信號(hào)觀測(cè)就可以直接利用示波器，當(dāng)按下復(fù)位鍵時(shí)，可以看到8031的復(fù)位引腳將變?yōu)楦唠娖?一旦松開，電平將變低。

總而言之，對(duì)于脈沖觸發(fā)類的信號(hào)我們要用軟件來配合，并要把程序編為死循環(huán)，再利用示波器觀察;對(duì)于電平類觸發(fā)信號(hào)，可以直接用示波器觀察。

下面結(jié)合在自動(dòng)配料控制系統(tǒng)中鍵盤、顯示部分的調(diào)試過程來加以說明。本系統(tǒng)中的鍵盤、顯示部分都是由并行口芯片8155擴(kuò)展而成的。8155屬于可編程器件，因而很難劃分硬件和軟件，往往在調(diào)試中即使電路安裝正確沒有一定的指令去指揮它工作，也是無法發(fā)現(xiàn)硬件的故障。因此要使用一些簡單的調(diào)試程序來確定硬件的組裝是否正確、功能是否完整。在本系統(tǒng)中采取了先對(duì)顯示器調(diào)試，再對(duì)鍵盤調(diào)試。

(1)顯示器部分調(diào)試為了使調(diào)試順利進(jìn)行，首先將8155與LED顯示分離，這樣就可以用靜態(tài)方法先測(cè)試LED顯示，分別用規(guī)定的電平加至控制數(shù)碼管段和位顯示的引腳，看數(shù)碼管顯示是否與理論上一致。不一致，一般為LED顯示器接觸不良所致，必須找出故障，排除后再檢測(cè)8155電路工作是否正常。對(duì)8155應(yīng)進(jìn)行編程調(diào)試時(shí)，分為兩個(gè)步驟：第一，對(duì)其進(jìn)行初始化(即寫入命令控制字，最好定義為輸出方式)后，分別向PA、PB、PC三個(gè)口送入#0FFH，這時(shí)可以利用萬用表測(cè)試各口的位電壓為3.8 V左右，若送入#00H，這時(shí)各口的位電壓應(yīng)為0.03 V;第二，將8155與LED結(jié)合起來，借助開發(fā)機(jī)，通過編制程序(最好采用“8”字循環(huán)程序)進(jìn)行調(diào)試。若調(diào)試通過后，就可以編制應(yīng)用程序了。

(2)鍵盤調(diào)試一般顯示器調(diào)試通過后，鍵盤調(diào)試就比較簡單，完全可以借助于顯示器，利用程序進(jìn)行調(diào)試。利用開發(fā)裝置對(duì)程序進(jìn)行設(shè)置斷點(diǎn)，通過斷點(diǎn)可以檢查程序在斷點(diǎn)前后的鍵值變化，這樣可知鍵盤工作是否正常。

以上討論了借助簡單工具對(duì)單片機(jī)硬件調(diào)試的方法，這些方法如果利用得好，就可以大大縮短單片機(jī)的開發(fā)周期。