Ден Томел - Поиск неисправностей в электронике

Рис. 9.11. Диаграмма поиска неисправностей при проблемах с синхронизацией

Высокочастотные сигналы синхронизации многих микропроцессоров часто даже не похожи на прямоугольный импульс. Показанная на рис. 9.12 форма сигнала была снята с кварцевого генератора микроконтроллера.

Рис. 9.12. Реальная форма сигнала синхронизации

Если сигнал выглядит, как на этом рисунке, продолжайте действовать, как указано на диаграмме рис. 9.13.

Рис. 9.13. Диаграмма поиска неисправностей микропроцессоров

Коснитесь верхней части корпуса микросхемы (но не выводов!). Если ИС перегрета, то она может обжечь вас, поэтому быстро уберите палец. В нормальном состоянии микропроцессор должен быть теплым. Затем проверьте каждый вывод шины данных логическим пробником или осциллографом. На линиях данных всегда должны присутствовать импульсы. Пользуясь осциллографом, не удивляйтесь, что волны выглядят нестабильными или походят на помехи (рис. 9.14).

Рис. 9.14. Типичный пример изображения на экране осциллографа при контроле сигнала на шине данных

На какой-либо линии нет импульсов? Тогда или ЦПУ неисправен, или что-то на шине заставляет эту линию иметь низкий уровень. Проверьте линии чтения-записи, чтобы выяснить, пытается ли микропроцессор выбрать или сохранить данные. Если имеет место режим чтения, и на линиях шины данных есть импульсы тока (но нет изменения логического состояния), то может быть, что вывод ЦПУ внутренне закорочен. Устройство контроля тока является для этой цели очень хорошим средством. Оно работает как логический пробник, но воспринимает магнитное поле, которое создается током.

Если в шине имеет место активность и ИМС не горячая, попытайтесь заставить ее осуществить сброс (многие платы снабжены кнопкой Reset— Сброс), или просто найдите конденсатор, который используется для сброса при включении питания (рис. 9.15).

Рис. 9.15. Сброс с помощью кнопки

Используя отвертку и т. п., замкните выводы конденсатора вместе. С помощью логического пробника выясните логическое состояние на выводе сброса или замените конденсатор. Вывод сброса активируется, значит, микропроцессор должен реагировать соответствующим образом. В большинстве микропроцессоров линии адреса и данных примут определенное состояние при активации вывода сброса.

Если сброс не помогает, то попытайтесь активировать выход дешифратора на программное ПЗУ, куда должны часто или постоянно поступать импульсы. Возможными причинами может быть неисправный ЦПУ, плохой дешифратор адреса, плохая ИМС ПЗУ. Проверка дешифратора требует, обычно, использования многоканального осциллографа или логического анализатора, поскольку при наблюдении выходного сигнала надо следить за несколькими входными. Обратитесь к главе 8 , где даны детальные инструкции по проверке дешифраторов.

Логический анализатор может быть очень мощным средством для наблюдения всех сигналов микропроцессора одновременно. Проблема при обслуживании встроенных контроллеров заключается в том. что, как правило вы должны знать, что происходит на шине. Для интерпретации выхода необходима документация по программному обеспечению, в противном случае можно потратить долгие часы на скучную работу, анализируя схемы.

Рассмотренные ранее методы относились к обслуживанию микрокомпьютерных систем, которые уже вышли на рынок и доказали свою работоспособность. Они отказали вследствие выхода из строя какого-либо компонента системы. В действительности сервисное обслуживание должно начаться задолго до того, как продукт вышел на рынок. Во время разработки проект проходит множество уровней тестирования и модификации, каждый из которых является попыткой отладить работу системы. Это особенно справедливо для систем, основанных на программном обеспечении, например, для микропроцессорных.

Процесс разработки обычно проходит следующие этапы:

1. Постановка задачи и ее формальное описание.

2. Составление блок-схем и описаний блоков ввода-вывода.

3. Проектирование схемы блоков и выбор деталей.

4. Тестирование блоков (программных драйверов).

5. Тестирование системы на функционирование в соответствие с требованиями (окончательная проверка программного обеспечения).

Любой проект устройства, цифрового или аналогового, должен пройти через проектирование, тестирование и модернизацию. Цель этого раздела — сконцентрироваться на имеющихся средствах разработки, которые позволяют провести эффективное обслуживание на уровне проектирования и разработки.

В процессе создания программируемых систем ошибки в работе могут быть результатом неправильного проекта, неполадки в соединениях, неправильного алгоритма, ошибок программирования, неисправных компонентов, неправильной синхронизации. Для того чтобы успешно провести поиск неизбежных неисправностей, должны использоваться средства, позволяющие изолировать и протестировать аппаратные и программные компоненты системы. Естественно, каждая единица аппаратуры может быть проверена независимо от микропроцессора. Однако, многие из проблем, которые встречаются при создании интерфейса между периферийными устройствами и микропроцессором, связаны с синхронизацией. Все сигналы могут присутствовать, но они приходят не вовремя или в неправильной последовательности.

Рассмотрим попытку разработать контроллер микроволновой печи. Входами являются клавиатура, жидкокристаллический дисплей, несколько переключателей на дверце, возможно, аналого-цифровой преобразователь для датчика температуры, и несколько дискретных выходов для запуска магнетрона и нескольких индикаторов. Вы изготавливаете аппаратуру, пишете программы, программируете ППЗУ, вставляете его в систему, включаете питание и ждете результата. Если устройство не работает (а это редко случается в первый раз), то как узнать, почему?

Система создания микрокомпьютера дает разработчику средства, необходимые для изоляции потенциальных проблем. Типичная система содержит ПК для написания и трансляции команд языка программирования в команды языка машинного уровня. Он может также автоматически загрузить программу в машинном коде непосредственно в ПЗУ микрокомпьютерной системы, которая находится в разработке. Для того чтобы это произошло, ПК должен посылать код по 1 биту через последовательный кабель в систему.