單片機應用系統(tǒng)硬件調(diào)試技巧

在單片機開發(fā)過程中，從硬件設計到軟件設計幾乎是開發(fā)者針對本系統(tǒng)特點親自完成的。這樣雖然可以降低系統(tǒng)成本，提高系統(tǒng)的適應性，但是每個系統(tǒng)的調(diào)試占去了總開發(fā)時間的2／3，可見調(diào)試的工作量比較大。單片機系統(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)試以進一步排除故障?？梢娪布恼{(diào)試是基礎，如果硬件調(diào)試不通過，軟件設計則是無從做起。本文結(jié)合作者在單片機開發(fā)過程中體會，討論硬件調(diào)試的技巧。

當硬件設計從布線到焊接安裝完成之后，就開始進入硬件調(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計和加工制板過程中工藝性錯誤所造成的。主要包括錯線、開路、短路。排除的方法是首先將加工的印制板認真對照原理圖，看兩者是否一致。應特別注意電源系統(tǒng)檢查，以防止電源短路和極性錯誤，并重點檢查系統(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線路短路。必要時利用數(shù)字萬用表的短路測試功能，可以縮短排錯時間。

1．2排除元器件失效  

造成這類錯誤的原因有兩個：一個是元器件買來時就已壞了；另一個是由于安裝錯誤，造成器件燒壞?？梢圆扇z查元器件與設計要求的型號、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)機仿真器調(diào)試時，將會損壞仿真器等，有時會使應用系統(tǒng)中的集成塊發(fā)熱損壞。

2 聯(lián)機仿真調(diào)試  

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

信號線是聯(lián)絡8031和外部器件的紐帶，如果信號線連結(jié)錯誤或時序不對，那么都會造成對外圍電路讀寫錯誤。51系列單片機的信號線大體分為讀、寫信號線、片選信號線、時鐘信號線、外部程序存貯器讀選通信號（PSEN）、地址鎖存信號（ALE）、復位信號等幾大類。這些信號大多屬于脈沖信號，對于脈沖信號借助示波器（這里指通用示波器）用常規(guī)方法很難觀測到，必須采取一定措施才能觀測到。應該利用軟件編程的方法來實現(xiàn)。例如對片選信號，運行下面的小程序就可以檢測出譯碼片選信號是否正常。
    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；適當延時
    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引出腳（用示波器掃描時間為1μs／每格檔），這時應看到周期為數(shù)微秒的負脈沖波形，若看不到則說明譯碼信號有錯誤。

對于電平類信號，觀測起來就比較容易。例如對復位信號觀測就可以直接利用示波器，當按下復位鍵時，可以看到8031的復位引腳將變?yōu)楦唠娖剑灰坏┧砷_，電平將變低。

總而言之，對于脈沖觸發(fā)類的信號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；對于電平類觸發(fā)信號，可以直接用示波器觀察。

下面結(jié)合在自動配料控制系統(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)中采取了先對顯示器調(diào)試，再對鍵盤調(diào)試。

（1）顯示器部分調(diào)試為了使調(diào)試順利進行，首先將8155與LED顯示分離，這樣就可以用靜態(tài)方法先測試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8155電路工作是否正常。對8155應進行編程調(diào)試時，分為兩個步驟：第一，對其進行初始化（即寫入命令控制字，最好定義為輸出方式）后，分別向PA、PB、PC三個口送入＃0FFH，這時可以利用萬用表測試各口的位電壓為3．8 V左右，若送入＃00H，這時各口的位電壓應為0．03 V；第二，將8155與LED結(jié)合起來，借助開發(fā)機，通過編制程序（最好采用“8”字循環(huán)程序）進行調(diào)試。若調(diào)試通過后，就可以編制應用程序了。

（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，利用程序進行調(diào)試。利用開發(fā)裝置對程序進行設置斷點，通過斷點可以檢查程序在斷點前后的鍵值變化，這樣可知鍵盤工作是否正常。

以上討論了借助簡單工具對單片機硬件調(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的開發(fā)周期。