基于計(jì)算機(jī)單片機(jī)仿真機(jī)完善對單片機(jī)的調(diào)試分析

摘 要：對單片機(jī)的調(diào)試問題進(jìn)行分析研究，需要我們在對計(jì)算機(jī)單片機(jī)以及仿真機(jī)進(jìn)行了解的基礎(chǔ)上進(jìn)行。本文簡單介紹了單片機(jī)的軟件仿真系統(tǒng)，以及在測試單片機(jī)的應(yīng)用板故障時(shí)經(jīng)常要面對的問題，并給出了完善單片機(jī)調(diào)試需要注意的方面。

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；調(diào)試；應(yīng)用板；故障

中圖分類號：TP368.1

單片機(jī)在目前的人們生活中有著廣泛的應(yīng)用，除了應(yīng)用于采集控制過程的數(shù)據(jù)外，在機(jī)電一體化和各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)甚至是家用電器方面也發(fā)揮著一定的作用。另外，單片機(jī)具有高集成度，快運(yùn)算，小體積，低價(jià)格以及能夠可靠運(yùn)行的優(yōu)勢。至于單片機(jī)的調(diào)試階段，其實(shí)就是在成功設(shè)計(jì)出目標(biāo)機(jī)的硬軟件后，再對目標(biāo)機(jī)硬件及軟件的故障或錯(cuò)誤進(jìn)行排除糾正的過程。也就是說，單片機(jī)的調(diào)試過程其實(shí)就是解決單片機(jī)硬軟件不協(xié)調(diào)性的過程。

1 關(guān)于單片機(jī)軟件的仿真系統(tǒng)

目前，各種軟件仿真系統(tǒng)已經(jīng)隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展而大量出現(xiàn)，由于計(jì)算機(jī)的硬件和軟件功能都在不斷提高，所以現(xiàn)在開發(fā)一些實(shí)際的軟件系統(tǒng)的時(shí)候，軟件的仿真系統(tǒng)也能夠?yàn)槠涮峁┌踩Ｕ?。另外，軟件的仿真系統(tǒng)還能夠節(jié)約軟件開發(fā)過程中需要的大量人力物力。單片機(jī)作為電子信息技術(shù)里面重要的一部分，自然也不例外?目前已有的仿真工具非常的多，例如用于電子設(shè)計(jì)自動化的EDA工具，通過模數(shù)混合進(jìn)行仿真的OrCAD?Multisim以及Protel工具，MaxplusII?Expert等對數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真的工具，或者是系統(tǒng)性的仿真軟件Systemview?不過，雖然單片機(jī)的軟件仿真系統(tǒng)非常之多，但經(jīng)常在實(shí)驗(yàn)室里裝備的Multisim?MaxplusII?Systemview等各式軟件，即使是與配套硬件進(jìn)行合作，也無法完成單片機(jī)的仿真工作?那么就需要建設(shè)單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)室了?如果在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)室中引入硬件的仿真系統(tǒng)，就需要同時(shí)引入多套同類型的硬件仿真系統(tǒng)來保證工作的順利進(jìn)行，這就會產(chǎn)生相當(dāng)高的投資成本。所以，如果經(jīng)費(fèi)比較緊張的話，只要引入單片機(jī)的軟件仿真系統(tǒng)就行了，這么一來不僅能夠縮小采購硬件設(shè)備的數(shù)量，節(jié)約硬件投資成本，還可以減少維護(hù)硬件設(shè)備的資金及工作量。

2 測試單片機(jī)的應(yīng)用板故障時(shí)經(jīng)常要面對的問題

2.1 測試單片機(jī)芯片的功能

應(yīng)用電路板通常具有很多小的器件，單片機(jī)應(yīng)用板也不例外?？傮w來說，單片機(jī)應(yīng)用板上的小器件可大致分為兩部分，即總線與非總線兩種。但是，測試非總線應(yīng)用板器件所需的系統(tǒng)硬件和測試總線應(yīng)用板器件的硬件是相同的。I/O的激勵RAM傳送出所需的測試向量到應(yīng)用板器件負(fù)責(zé)輸入的一端，然后在I/O的響應(yīng)RAM中輸入器件采集到的數(shù)據(jù)信息。最后計(jì)算機(jī)對得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)地分析，并和最初預(yù)訂的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比處理。如果根據(jù)數(shù)據(jù)判斷單片機(jī)應(yīng)用板的運(yùn)行狀態(tài)與起初預(yù)訂的狀態(tài)并不一致的話，則表明該單片機(jī)中被測的芯片是有故障存在的。不過，對于單片機(jī)應(yīng)用板上大規(guī)模的數(shù)字器件來說，在進(jìn)行功能測試的時(shí)候，卻無法完全測試其性能。要知道，無論是大規(guī)模器件還是超大規(guī)模器件，其內(nèi)部都有十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，而且隨著規(guī)模的增大，結(jié)構(gòu)也就越加復(fù)雜。所以，在對此類器件進(jìn)行測試的時(shí)候，可以采用分別測試的方法，也就是只對器件本身各個(gè)模塊進(jìn)行測試，并對多個(gè)模塊進(jìn)行連接的數(shù)據(jù)通道進(jìn)行檢測。這種測試的方法并不需要多大的測試向量，且有著很高的測試效率。

2.2 測試芯片引腳的連線

單片機(jī)應(yīng)用板出現(xiàn)短、斷路問題的原因就在于引腳連線出現(xiàn)故障，下面來對非總線器件的引腳連線測試問題進(jìn)行了探討。對單片機(jī)非總線器件的引腳連線進(jìn)行測試時(shí)，也可以利用對總線器件進(jìn)行測試時(shí)的方法。不過，有一點(diǎn)需要注意的是，在測試非總線器件的引腳連線時(shí)，為了完成其與其他各器件的電器隔離，需要利用反向驅(qū)動的方法，甚至是直接斷開該應(yīng)用板和電源的連接。因?yàn)樵摐y試方法更加安全，如今已被廣泛采用。

2.3 將被測器件和別的器件進(jìn)行隔離

前面已經(jīng)提過，將應(yīng)用板上的器件進(jìn)行分開測試是非常有效的測試辦法，那么，為了實(shí)現(xiàn)器件的分別測試，就需要將被測的器件和別的器件進(jìn)行隔離。隔離的一個(gè)重要辦法就是反向驅(qū)動，這也是目前單片機(jī)應(yīng)用板的故障測試中經(jīng)常用到的方法。不過在采用此方法時(shí)還有一些需要我們注意的地方，例如反向驅(qū)動的應(yīng)用時(shí)間不能太長，在減小驅(qū)動電流時(shí)動作一定要快速，以此避免IC器件因驅(qū)動電流而被損壞。反向驅(qū)動的應(yīng)用時(shí)間通常不超過100ms。通過對該方法的長久研究和實(shí)踐，不難發(fā)現(xiàn)該方法是比較安全的，對TTL及ECL都有比較好的保護(hù)?？扇绻荂MOS電路，卻需要慎重進(jìn)行選擇了，畢竟CMOS電路的工作電壓還是很高的。

3 對單片機(jī)的調(diào)試

3.1 靜電調(diào)試

在對單片機(jī)進(jìn)行加電的時(shí)候，首先要確定單片機(jī)的各個(gè)線路是否正確，并依據(jù)萬用電和單片機(jī)硬件的邏輯設(shè)計(jì)圖等，對單片機(jī)元件型號和規(guī)格進(jìn)行檢查，確保其安裝符合說明上的要求。尤其是對于單片機(jī)的電源系統(tǒng)，一定要進(jìn)行重點(diǎn)的檢查，避免出現(xiàn)電源短路與極性錯(cuò)誤這樣的問題。在加電之后，要注意檢查單片機(jī)每個(gè)插件的引腳，對其電位和各點(diǎn)的電平進(jìn)行徹底檢查，看其是否正常。

3.2 聯(lián)機(jī)仿真調(diào)試

3.2.1 首先是對擴(kuò)展RAM存貯器的測試和調(diào)試。利用仿真機(jī)外部的數(shù)據(jù)存貯器來對操作命令進(jìn)行讀寫，并將得到的數(shù)據(jù)信息輸入到單片機(jī)的外部RAM存貯器中。這個(gè)時(shí)候，如果光標(biāo)開始閃動，但單元也能夠被修改，則表明存儲器沒有什么故障，但如果光標(biāo)發(fā)生閃動，但單元并不可以被修改，就表明存儲器出現(xiàn)了故障，不是寫不進(jìn)去就是讀不出來。這時(shí)就需要進(jìn)一步進(jìn)行檢查了。

3.2.2 如果程序能夠通過仿真模式2運(yùn)行通過，那么就可以在EPROM里得到固化，然后在樣機(jī)中的EPROM插座上把已固化的EPROM插入，之后再選擇仿真模式3，CPU會面向用戶系統(tǒng)指出指控制信號和讀寫控制信號，最后再進(jìn)行調(diào)試運(yùn)行，這樣便可以進(jìn)行驗(yàn)證固化的程序是否正確?

3.2.3 仿真機(jī)在與上位計(jì)算機(jī)通過RS-232接口連機(jī)時(shí)，應(yīng)該選擇仿真模式2，如果是對目標(biāo)文件裝載，最好是之前就設(shè)置好斷點(diǎn)?在選擇DBUG中的調(diào)試運(yùn)行命令RUNANDDEBUG這種模式下，仿真機(jī)DBUG內(nèi)部會被CPU的取指控制信號指向，讀寫控制信號便會向用戶系統(tǒng)發(fā)送命令?在仿真時(shí)候，仿真機(jī)DBUG的RAM內(nèi)會存入用戶的程序，在這種模式下可以使用所有的DBUG的所有調(diào)試排錯(cuò)命令，而且在這種模式下一般通過的程序都可以能脫機(jī)自行運(yùn)行?

4 結(jié)束語

單片機(jī)具有高集成度、快運(yùn)算，小體積的特點(diǎn)，以及低價(jià)格和能夠可靠運(yùn)行的優(yōu)勢，所以在目前的人們生活中有著廣泛的應(yīng)用。本文簡單介紹了單片機(jī)的軟件仿真系統(tǒng)，以及在測試單片機(jī)的應(yīng)用板故障時(shí)經(jīng)常要面對的問題，并給出了發(fā)展單片機(jī)調(diào)試需要注意的方面，就是希望單片機(jī)的調(diào)試過程能夠被盡早完善，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的高效調(diào)試。

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作者單位：國網(wǎng)甘肅省電力公司信息通信公司，蘭州 730000