单片机应用系统硬件调试技巧

在单片机开发过程中，从硬件设计到软件设计几乎是开发者针对本系统特点亲自完成的。这样虽然可以降低系统成本，提高系统的适应性，但是每个系统的调试占去了总开发时间的2／3，可见调试的工作量比较大。单片机系统的硬件调试和软件调试是不能分开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一步排除故障。可见硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则是无从做起。本文结合作者在单片机开发过程中体会，讨论硬件调试的技巧。

当硬件设计从布线到焊接安装完成之后，就开始进入硬件调试阶段，调试大体分为以下几步。

1 硬件静态的调试  

1．1排除逻辑故障  

这类故障往往由于设计和加工制板过程中工艺性错误所造成的。主要包括错线、开路、短路。排除的方法是首先将加工的印制板认真对照原理图，看两者是否一致。应特别注意电源系统检查，以防止电源短路和极性错误，并重点检查系统总线（地址总线、数据总线和控制总线）是否存在相互之间短路或与其它信号线路短路。必要时利用数字万用表的短路测试功能，可以缩短排错时间。

1．2排除元器件失效  

造成这类错误的原因有两个：一个是元器件买来时就已坏了；另一个是由于安装错误，造成器件烧坏。可以采取检查元器件与设计要求的型号、规格和安装是否一致。在保证安装无误后，用替换方法排除错误。

1．3排除电源故障  

在通电前，一定要检查电源电压的幅值和极性，否则很容易造成集成块损坏。加电后检查各插件上引脚的电位，一般先检查VCC与GND之间电位，若在5V～4．8V之间属正常。若有高压，联机仿真器调试时，将会损坏仿真器等，有时会使应用系统中的集成块发热损坏。

2 联机仿真调试  

联机仿真必须借助仿真开发装置、示波器、万用表等工具。这些工具是单片机开发的最基本工具。

信号线是联络8031和外部器件的纽带，如果信号线连结错误或时序不对，那么都会造成对外围电路读写错误。51系列单片机的信号线大体分为读、写信号线、片选信号线、时钟信号线、外部程序存贮器读选通信号（PSEN）、地址锁存信号（ALE）、复位信号等几大类。这些信号大多属于脉冲信号，对于脉冲信号借助示波器（这里指通用示波器）用常规方法很难观测到，必须采取一定措施才能观测到。应该利用软件编程的方法来实现。例如对片选信号，运行下面的小程序就可以检测出译码片选信号是否正常。
    MAIN：MOVDPTR，＃DPTR 　　
    ；将地址送入DPTR
    MOVXA，＠DPTR
    ；将译码地址外RAM中的内容送入ACC
    NOP；适当延时
    SJMPMAIN；循环

执行程序后，就可以利用示波器观察芯片的片选信号引出脚（用示波器扫描时间为1μs／每格档），这时应看到周期为数微秒的负脉冲波形，若看不到则说明译码信号有错误。

对于电平类信号，观测起来就比较容易。例如对复位信号观测就可以直接利用示波器，当按下复位键时，可以看到8031的复位引脚将变为高电平；一旦松开，电平将变低。

总而言之，对于脉冲触发类的信号我们要用软件来配合，并要把程序编为死循环，再利用示波器观察；对于电平类触发信号，可以直接用示波器观察。

下面结合在自动配料控制系统中键盘、显示部分的调试过程来加以说明。本系统中的键盘、显示部分都是由并行口芯片8155扩展而成的。8155属于可编程器件，因而很难划分硬件和软件，往往在调试中即使电路安装正确没有一定的指令去指挥它工作，也是无法发现硬件的故障。因此要使用一些简单的调试程序来确定硬件的组装是否正确、功能是否完整。在本系统中采取了先对显示器调试，再对键盘调试。

（1）显示器部分调试为了使调试顺利进行，首先将8155与LED显示分离，这样就可以用静态方法先测试LED显示，分别用规定的电平加至控制数码管段和位显示的引脚，看数码管显示是否与理论上一致。不一致，一般为LED显示器接触不良所致，必须找出故障，排除后再检测8155电路工作是否正常。对8155应进行编程调试时，分为两个步骤：第一，对其进行初始化（即写入命令控制字，最好定义为输出方式）后，分别向PA、PB、PC三个口送入＃0FFH，这时可以利用万用表测试各口的位电压为3．8 V左右，若送入＃00H，这时各口的位电压应为0．03 V；第二，将8155与LED结合起来，借助开发机，通过编制程序（最好采用“8”字循环程序）进行调试。若调试通过后，就可以编制应用程序了。

（2）键盘调试一般显示器调试通过后，键盘调试就比较简单，完全可以借助于显示器，利用程序进行调试。利用开发装置对程序进行设置断点，通过断点可以检查程序在断点前后的键值变化，这样可知键盘工作是否正常。

以上讨论了借助简单工具对单片机硬件调试的方法，这些方法如果利用得好，就可以大大缩短单片机的开发周期。