單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)——實(shí)訓(xùn)部分

1、單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)實(shí)訓(xùn)部分第五章課 程 名 稱 單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)所 屬 學(xué) 校 山東英才職業(yè)技術(shù)學(xué)院 所在院系 計(jì)算機(jī)電子信息工程學(xué)院 課程層次（專） 專 科 （高 職 高 專） 所屬一級(jí)學(xué)科名稱 計(jì)算機(jī)所屬二級(jí)學(xué)科名稱 自動(dòng)化課 程 負(fù) 責(zé) 人 劉捷聯(lián)系電話算機(jī)電子信息工程學(xué)院第5章 測(cè)試記錄和分析在做測(cè)試的時(shí)候，一定要先檢測(cè)電源部分(因?yàn)殡娫床糠窒喈?dāng)重要,若沒(méi)焊好會(huì)造成很大破壞性),再按以下的順序測(cè)試并一步步做好檢測(cè)記錄，出現(xiàn)問(wèn)題的時(shí)候請(qǐng)勿心急,慌亂中可能會(huì)制造更多的問(wèn)題,而是要認(rèn)真檢測(cè)電路，并按實(shí)驗(yàn)步驟完成檢查，這樣有利于培養(yǎng)自己的動(dòng)手能力和分析問(wèn)題的

2、能力。整體測(cè)試流程圖如下：5.1 電源部分 電源測(cè)試步驟 如果在焊接中按照步驟焊接了,并且其中的兩個(gè)測(cè)試都通過(guò)了,那么這里的檢測(cè)可輕而易舉的通過(guò)。 電源部分在板子的左上角。以下就采用萬(wàn)用表分別測(cè)試以下12個(gè)點(diǎn)的電壓，注意數(shù)字萬(wàn)用表的使用方式（黑色的表筆接電源“-”端，紅色的表筆接電源“+”端）此時(shí)請(qǐng)勿將芯片插入座中，以免電源部分有問(wèn)題造成芯片燒壞。 Step 1: 目的：測(cè)試61板電源和地是否有短路； 條件：斷開(kāi)電源并拔掉電池盒，將J5的2、3腳用跳線帽短接； 步驟：用萬(wàn)用表測(cè)量J10的兩腳的電阻是否為零； 現(xiàn)象1：電阻為零； 結(jié)論：焊接過(guò)程中可能造成短路了； 解決辦法：進(jìn)行電源部分的排查；

3、現(xiàn)象2：電阻大于300歐姆； 結(jié)論：正常，進(jìn)入Step 2。 Step 2: 目的：測(cè)試61板電源部分器件是否工作正常； 條件：將三節(jié)5號(hào)電池裝入電池盒中，接到J10處; 步驟：將電池盒開(kāi)關(guān)撥到ON處； 現(xiàn)象1： 發(fā)光二極管D1沒(méi)點(diǎn)亮，立即將電源斷開(kāi)，進(jìn)入步驟4的測(cè)試； 結(jié)論：電源部分器件有問(wèn)題，進(jìn)入Step 4； 解決辦法：進(jìn)行電源部分的排查； 現(xiàn)象2：發(fā)光二極管D1點(diǎn)亮； 結(jié)論：正常，進(jìn)入Step 3。 Step 3: 目的：測(cè)試61板上各器件電源供電是否正常； 條件：用跳線冒把J5的1、2腳短接（選擇了PROBE端）； 步驟：測(cè)試U1的第7腳電壓-3.3v左右；測(cè)試U4的第20腳電壓-3

4、.3v左右； 測(cè)試J4的第1腳電壓-3.3v左右； 測(cè)試U2的第7、8腳電壓-4.5v左右； 測(cè)試J6、J7、J8、J9的+端電壓-4.5v左右（同上）； 現(xiàn)象1：電壓不正常； 結(jié)論：在供電的某個(gè)傳輸方向上出現(xiàn)了問(wèn)題； 解決辦法：對(duì)照原理一步步排查； 現(xiàn)象2：電壓正常； 結(jié)論：正常，進(jìn)行鍵盤部分測(cè)試。 Step 4: 目的：測(cè)試61板電源部分那個(gè)器件壞掉； 條件：斷開(kāi)電源； 步驟：用萬(wàn)用表檢查發(fā)光二極管是否壞掉，或者方向弄錯(cuò)； 測(cè)量J10的兩端是否短路，如果是，先檢查D3是否擊穿； 如果J10沒(méi)有短路，再測(cè)SPY0029的3腳與地是否短路，如果是，檢測(cè)D4是否擊穿（要先從板子將負(fù)極拖開(kāi)測(cè)試），

5、否則就是SPY0029壞掉了； 現(xiàn)象1： 發(fā)光二極管不亮； 結(jié)論：發(fā)光二極管壞掉； 解決辦法：更換發(fā)光二極管； 現(xiàn)象2：D3或D4反向?qū)ǎ?結(jié)論：D3或D4被擊穿； 解決辦法：更換D3或D4； 現(xiàn)象3：3腳與地是短路；結(jié)論：焊接出錯(cuò) 解決辦法：清除短路； 現(xiàn)象4：SPY0029無(wú)3.3V輸出 結(jié)論：SPY0029壞掉 解決辦法：更換SPY0029并重新測(cè)試。 注意：將SPY0029取下來(lái)（需要老師的幫忙，4個(gè)管腳堆錫同時(shí)加熱用鑷子取下來(lái)）更換，這個(gè)過(guò)程不要太長(zhǎng)，否則焊盤加熱時(shí)間長(zhǎng)而氧化或者脫落。 電源測(cè)試記錄及分析 鍵盤部分 鍵盤部分測(cè)試： 目的：測(cè)試鍵盤輸入是否正確 條件：U1、U2、U4

6、芯片座中不安放元件；給61板通電，萬(wàn)用表選擇電壓檔，利用萬(wàn)用表的負(fù)端（黑色表筆）接板子上的地（標(biāo)示“-”的地方），萬(wàn)用表筆的正端（紅色表筆）分別檢測(cè)接IOA0、IOA1、IOA2； 步驟：把萬(wàn)用表筆的正端（紅色表筆）放在IOA0上時(shí)，按下K1鍵，讀取萬(wàn)用表上的電壓值并記錄，之后用同樣的方法分別檢測(cè)K2、K3電壓值； 現(xiàn)象1：電壓為零； 結(jié)論：不正常；解決辦法：更換按鍵，重新測(cè)試鍵盤部分； 現(xiàn)象2：電壓為高電平； 結(jié)論：正常，進(jìn)入晶振部分測(cè)試。實(shí)驗(yàn)完畢后斷開(kāi)板子的供電電源（電池盒關(guān)閉）、萬(wàn)用表電源，認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)記錄。5.2 模擬部分 晶振部分 1工作原理 石英晶體的主要特征是它具有壓電效應(yīng)，既在晶

7、體的兩個(gè)電極上加交流電壓時(shí)，晶體就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，而這種機(jī)械振動(dòng)反過(guò)來(lái)又會(huì)產(chǎn)生交流電壓時(shí)，晶體就會(huì)產(chǎn)生交流電場(chǎng)，在電極上出現(xiàn)交流電壓。如果外加交流電壓的頻率與晶片本身的固有振動(dòng)頻率相等，則機(jī)械振動(dòng)的振幅和它產(chǎn)生的交流電壓的幅值都會(huì)顯著增大，這種現(xiàn)象稱為壓電諧振，稱該晶體為石英晶體振蕩器，或簡(jiǎn)稱晶振。石英晶體的符號(hào)表示見(jiàn)圖5.5中的Y1部分，目前市場(chǎng)晶體都是標(biāo)準(zhǔn)的頻率，如：32768Hz、6MHz、3MHz等等，圖5.5中采用的是32768 Hz，其中的諧振電容分別是C14（20P）、C15（20P），在這里OSC部分的作用就是作為CPU時(shí)鐘的振源，具體的過(guò)程示意圖見(jiàn)5.6所示。2晶振測(cè)試：目的

8、：測(cè)試晶振工作是否正常； 條件：U1、U2、U4芯片座中安放好元件；給61板通電； 步驟：利用萬(wàn)用表的負(fù)端（黑色表筆）接板子上的地點(diǎn)（表示“-”的地方），萬(wàn)用表筆的正端（紅色表筆）分別檢測(cè)接OSCO、OSCI并記錄；并用示波器查看波形； 現(xiàn)象1：不可看到波形； 解決辦法：更換晶振，若還不行更換芯片； 現(xiàn)象2：可以看到32768HZ的正弦波形； 結(jié)論：正常，進(jìn)行余下步驟。 測(cè)試點(diǎn)如圖5.7所示。單片機(jī)I/O部分 單片機(jī)I/O部分測(cè)試 目的：查看是否有漏焊或虛焊 條件：U1、U2、U4芯片座中安放好元件,不接喇叭,；給61板通電，用下載器將程序1下載到61板上。 步驟：利用萬(wàn)用表的負(fù)端（黑色表筆）

9、接板子上的地點(diǎn)（表示“-”的地方），萬(wàn)用表筆的正端（紅色表筆）分別檢測(cè)接各I/O并記錄； 現(xiàn)象1：電壓正確(IOA口全為低,IOB口全為高) ； 解決辦法：正常，進(jìn)入音頻輸入部分的測(cè)試； 現(xiàn)象2：電壓不正確； 結(jié)論：排查漏焊或虛焊。 實(shí)驗(yàn)完畢后斷開(kāi)板子的供電電源（電池盒關(guān)閉）、萬(wàn)用表電源，認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)記錄。音頻輸入部分 在SPCE061A芯片中具有聲音模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，內(nèi)置了麥克風(fēng)放大電路和自動(dòng)增益控制（AGC）功能。 AGC是自動(dòng)增益補(bǔ)償功能（Automatic Gain Control），AGC可以自動(dòng)調(diào)麥克風(fēng)的收音量，使聽(tīng)者收到一定的音量水平，不會(huì)因發(fā)言者與麥克風(fēng)的距離改變時(shí)，聲音有忽大忽小聲

10、的缺點(diǎn)。 SPCE061A中集成了麥克風(fēng)前端運(yùn)算放大電路，而運(yùn)算放大電路的基本結(jié)構(gòu)就是有輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)三大部分組成。輸入級(jí)由差分放大電路組成，它是運(yùn)算放大器的關(guān)鍵部分，差分放大電路有兩個(gè)輸入端，這樣的組成能為信號(hào)的輸入提供多種方式，并能有效的抑制共模干擾信號(hào)，放大有效信號(hào)的作用。在原理圖5.9中的VMIC是提供麥克風(fēng)的電源，AVSS1是系統(tǒng)的模擬地，AGC是語(yǔ)音輸入自動(dòng)增益控制引腳，MICP是麥克風(fēng)輸入的正向輸入腳，MICN是麥克風(fēng)輸入的負(fù)向輸入腳，MICOUT第一運(yùn)放的輸出腳，OPI是第二運(yùn)放的輸入腳，其中Vref是有電路板上的J1用調(diào)線冒把1、2腳短接提供。 音頻輸入部分測(cè)試 目的

11、：查看音頻輸入部分是否正常 條件：斷開(kāi)電源，接上喇叭，用排線分別將IOA口的低8位和IOB口的低8 位相連，IOA口的高8 位和IOB口的高8位相連，然后按下RESET復(fù)位鍵S1。 步驟：把J2的左邊兩腳短接，聽(tīng)到“I/O測(cè)試成功”后，按鍵3，（這個(gè)時(shí)候要是聽(tīng)見(jiàn)喇叭有很大的噪音，則是正常的現(xiàn)象，因?yàn)槔群望溈孙L(fēng)離的近，解決的辦法就是改變變位器的阻值，用一字螺絲刀順時(shí)鐘調(diào)節(jié)，直到噪音減少，要是還是不可以，就把喇叭取下，繼續(xù)往下測(cè)試既可），采用示波器查看波形，測(cè)試點(diǎn)在板子的背面均已標(biāo)示。 現(xiàn)象1：無(wú)波形 結(jié)論：音頻輸入部分有問(wèn)題 解決辦法：按照原理圖和各區(qū)元件排序表中給出的器件順序查找音頻輸入部分

12、的問(wèn)題； 現(xiàn)象2：有不規(guī)則波形出現(xiàn) 結(jié)論：正常，進(jìn)入音頻輸出部分測(cè)試。實(shí)驗(yàn)完畢后斷開(kāi)板子的供電電源（電池盒關(guān)閉），示波器電源、萬(wàn)用表電源，認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)記錄。 音頻輸出部分 圖5.7是音頻輸出部分的原理圖，輸出的聲音經(jīng)SPY0030音頻放大后通過(guò)喇叭輸出。SPY0030的輸入電壓的范圍是2.4V6.0V，在這個(gè)電路中采用的電壓是3.3V。其它管腳的介紹見(jiàn)表。音頻輸出部分測(cè)試： 目的：查看音頻輸出部分是否正常； 條件：接音頻輸入部分的條件，繼續(xù)測(cè)試 ； 步驟：采用示波器查看波形，測(cè)試點(diǎn)在板子的背面均已標(biāo)示； 現(xiàn)象1：無(wú)波形； 結(jié)論：音頻輸出部分不正常； 解決辦法：按照原理圖和各區(qū)元件排序表中給出的器

13、件順序查找音頻輸入部分的問(wèn)題； 現(xiàn)象2：有不規(guī)則波形出現(xiàn)； 結(jié)論：正常，進(jìn)入74HC244部分測(cè)試 。這里主要是讓同學(xué)們了解音頻輸出后經(jīng)過(guò)放大以后的波形是否有失真。采用示波器查看波形，認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)記錄。5.3 數(shù)字部分 1工作原理 下圖5.12介紹的是PROBE/EZ_PROBE的電路原理圖。其中PROBE就是在線調(diào)試器主要是為凌陽(yáng)十六位單片機(jī)（包括SPCE061A）提供在線編程、仿真和調(diào)試使用的工具。該調(diào)試器一端接在PC機(jī)的并口上，另一端接在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的ICE 端口上（J4口）。在凌陽(yáng)十六位單片機(jī)的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境上就可以實(shí)現(xiàn)在線編程、仿真和調(diào)試，其實(shí)物見(jiàn)圖5.13。在這個(gè)單元中主要還是學(xué)習(xí)電路的檢

14、測(cè)，感興趣的同學(xué)可參看第六章小節(jié)介紹。由原理圖上了解它的主要核心的器件就是74HC244，74HC244是集成電路8路3態(tài)緩沖驅(qū)動(dòng)，其實(shí)物管腳排列如下圖5.14。當(dāng)1OE、1OE1選通端為低的時(shí)候，芯片通路被選通進(jìn)入工作狀態(tài)，這時(shí)候分別對(duì)應(yīng)的輸入腳是（1A1、1A2、1A3、1A4）、（2A1、2A2、2A3、2A4）， 輸出腳分別對(duì)應(yīng)的是（1Y1、1Y2、1Y3、1Y4）、（2Y1、2Y2、2Y3、2Y4），其邏輯關(guān)系見(jiàn)圖5.11。2測(cè)試步驟&記錄 目的：查看74HC244外圍電路是否連接正確； 條件：斷開(kāi)電源，數(shù)字萬(wàn)用表選擇鳴叫功能； 步驟：S5用跳線帽把1、2腳短接，測(cè)試點(diǎn)在板子

15、的背面均已標(biāo)示； 現(xiàn)象1：應(yīng)該接通的地方?jīng)]有接通； 結(jié)論：連接有問(wèn)題； 解決辦法：按照原理圖和各區(qū)元件排序表中給出的器件順序查找連接問(wèn)題； 現(xiàn)象2：各部分測(cè)試不正確； 結(jié)論：正常，進(jìn)入D/A部分測(cè)試。 D/A部分 D/A的作用就是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的部分，第五章中的小節(jié)的音頻輸出就是這個(gè)過(guò)程，把人講話的聲音波形通過(guò)SPCE061A芯片中的A/D采集后，處理后又通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換還原后，通過(guò)功率放大電路播出聲音。SPCE061A提供了兩路的D/A轉(zhuǎn)換通道，分別是DAC1、DAC2。在實(shí)際的應(yīng)用中我們也可以采集其他的模擬信號(hào)，如電壓信號(hào)。下面我們就利用示波器來(lái)看一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換，這時(shí)我們把示波器接到J

16、2的DAC1上，可以看到雜亂的波形，當(dāng)我們對(duì)著MIC大聲說(shuō)話時(shí)，可看到波形的振幅會(huì)隨著話音的起落，做大小的變化，若看不到波形，則電路沒(méi)有焊接正確，請(qǐng)認(rèn)真對(duì)照原理圖查找原因。D/A部分測(cè)試 目的：測(cè)試D/A； 條件：用排線分別將IOA口的低8位和IOB口的低8 位相連，IOA口的高8 位和IOB口的高8位相連，然后按下RESET復(fù)位鍵S1；步驟：把J2的左邊兩腳短接，聽(tīng)到“I/O測(cè)試成功”后，按鍵3，采用示波器查看J2的DAC1上波形，對(duì)著MIC大聲說(shuō)話； 現(xiàn)象1：無(wú)振幅隨聲音變化而變化的波形； 結(jié)論：D/A部分有問(wèn)題； 解決辦法：更換芯片； 現(xiàn)象2：有振幅隨聲音變化而變化的波形； 結(jié)論：正常，

17、進(jìn)入A/D部分測(cè)試； 測(cè)試完畢后斷開(kāi)板子的供電電源（電池盒關(guān)閉），示波器電源、萬(wàn)用表電源，認(rèn)真做實(shí)驗(yàn)記錄。 5.4.2 A/D部分 A/D的作用就是把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的部分，第五章中的小節(jié)的音頻輸入就是這個(gè)過(guò)程，SPCE061A的A/D轉(zhuǎn)換內(nèi)置了8個(gè)通道，其中7個(gè)通道用來(lái)做普通的A/D是IOA0下面我們就利用IOA0口采集電壓并用語(yǔ)音播報(bào)，這個(gè)過(guò)程就是利用SPCE061A的A/D采集通道IOA0，把模擬的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后做語(yǔ)音播放。 實(shí)驗(yàn)檢測(cè)步驟： 目的：測(cè)試A/D； 條件：用排線分別將IOA口的低8位和IOB口的低8 位相連，IOA口的高8 位和IOB口的高8位相連，然后按下RES

18、ET復(fù)位鍵S1； 步驟：把IOA0接高電平，聽(tīng)到“I/O測(cè)試成功”后，按鍵2； 現(xiàn)象1：聽(tīng)到“A/D測(cè)試不成功”； 結(jié)論：A/D部分有問(wèn)題； 解決辦法：更換芯片； 現(xiàn)象2：聽(tīng)到“A/D測(cè)試成功”； 結(jié)論：正常，進(jìn)入PWM輸出部分測(cè)試。WM輸出部分 PWM是英文Pulse Width Modulation(脈沖寬度調(diào)制)縮寫(xiě)，按一定規(guī)律改變脈沖列的脈沖寬度，以調(diào)節(jié)輸出量和波形的一種調(diào)值方式。PWM信號(hào)是一種具有固定周期（T）不定占空比（r）的數(shù)字信號(hào)，如圖5.16所示。如果PWM信號(hào)的占空比隨時(shí)間變化，那么通過(guò)濾波之后的輸出信號(hào)將是幅度變化的模擬信號(hào)。因此通過(guò)控制PWM信號(hào)的占空比，就可以產(chǎn)生不

19、同的模擬信號(hào)。SPCE061A內(nèi)部具有4位計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘源信號(hào)，輸出一個(gè)具有4位可調(diào)的脈寬調(diào)制占空比輸出信號(hào)APWMO、BPWMO，分別對(duì)應(yīng)SPCE061A的是IOB8、IOB9，具有PWM的好處就是可以方便的控制馬達(dá)或其他設(shè)備。具體的功能見(jiàn)圖5.17，以下我們就以IOB8來(lái)測(cè)量波形輸出的變化了解PWM。目的：測(cè)試PWM 條件：用下載器將程序2下載到61板上 步驟： （1）按鍵KEY1后利用示波器觀測(cè)IOB8的占空比（1/16）波形； （2）按鍵KEY2后利用示波器觀測(cè)IOB8的占空比（5/16）波形；（3）按鍵KEY3后利用示波器觀測(cè)IOB8的占空比（14/16）波形。 現(xiàn)象1：按不同的鍵，無(wú)占空比不同的波形出現(xiàn)； 結(jié)論：芯片PWM部分有問(wèn)題 解決辦法：更換芯片； 現(xiàn)象2：按不同的鍵，有占空比不同的波形出現(xiàn) 結(jié)論：正常，進(jìn)入最后的綜合測(cè)試。 斷開(kāi)板子的供電電源（電池盒關(guān)閉），做實(shí)驗(yàn)記錄。5.5 綜合測(cè)試 注：用下載器將程序1下載到61板上。 主要檢測(cè)部分 （1）I/O口（A口作為輸入，B口作為輸出）； （2）睡眠功能（進(jìn)入睡眠狀態(tài)指示燈點(diǎn)亮）； （3）A/D轉(zhuǎn)換輸入（B口的低7 位作為模擬電壓源輸出，對(duì)應(yīng)A口的7個(gè)通道采樣轉(zhuǎn)換）；（4）MIC輸入及語(yǔ)音輸出（同時(shí)