单片机控制系统故障

摘 要：在工业控制中随处可见单片机的身影,一旦其控制系统出现故障,对整个生产造成的影响是不容小觑的.本文针对单片机控制系统的故障进行探讨,给出了故障区搜索的方法,并对主控机小系统故障以及系统级别故障的理念进行了阐述.以实例说明故障诊断方法,就硬件故障和软件故障的不同分别给出了故障排除的方法.

关 键 词：故障诊断；单片机；软件；硬件

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1674-7712（2014）02-0000-01

就单片机控制系统而言,其内部的电路结构十分复杂,接口、传感器以及执行结构等具有较大差别[1]；所以,单片机控制系统出现的故障现象也是千差万别的,人们往往难以在短时间内确定故障部位；即使是采用先进工艺和经过精心设计的单片机控制系统,在投入运行后也难免会出现故障.而对于维修工作人员来说,需要在短时间内将故障排除,使系统尽快恢复正常,由于他们不是系统的设计人员,只能通过外用表、逻辑笔等工具进行系统的测试,增大了故障诊断的难度.

一、单片机控制系统故障区确定

由于单片机控制系统的软硬件相互补充和依存,较难确定两者的范围,因此也难以判断出是硬件故障还是软件故障.对于系统级故障,为了便于判断,应该尽可能的缩小其故障区.一般可以采用以下几种方法：（1）同类比较法.对于多重系统而言,有些部件具有同逻辑和同结构的特点；一旦这些部件的功能出现错误,可以互换两个相同的插件,再次观察故障现象,查看其是否发生了转移,从而对故障部位进行确定；（2）分段查找法.对于故障现象较多和较复杂的情况,可以采用分段查找的方法；系统在故障情况下可能会出现信息在传输通道上出错的现象,对此,可以将观察点设置在相应的信息通道上,确定故障发生的地段.没设置一个观察点都可以缩短故障范围；（3）故障跟踪法.从故障的表现点出发进行查找,一直查找到正常状态的位置；这种方法又有正向跟踪法和反向跟踪法之分.在实践中,这两种方法经常用到；（4）隔离压缩法.依据故障的表现形式,可以暂时将故障和其他相关线路的联系切断,将有关信息封锁掉,从而缩小故障范围,如图1所示[2].

当1号负荷的输出出现异常,可以先将3号负荷断开,如果系统正常了,则说明是OC门的驱动力不够,应该加强其驱动能力.值得注意的是,在单片机的应用中,硬件线路具有较强的关联性,切断关联线路从而隔离故障需要足够的实践经验；（5）振动加固法.实践表明,单片机控制系统出现故障很大一部分原因是接触不良.有些设备常常被移动,其内部的插件出现了松动,导致其工作不稳定；对此,可以进行插件的紧固,将接触不良故障定位在模板上；（6）拉偏检查.一些突发性故障常常是因为元件的性能存在缺陷；一旦环境发生变化或者是受到强电磁干扰的影响,就会表现出功能上的错误；而这种不稳定的故障难以判断.对此,可以采用拉偏检查的方法,使得故障重现,使之成为稳定性故障,再使用其他方法进行故障判断.

二、主控单片机小系统故障分析

所谓主控机小系统,是指可以维持单片机工作的最小硬件系统.对这种系统的软件故障进行检查和硬件故障进行检查时,可以采用MCS-51在线仿真机或则是逻辑分析仪进行测试；并且使用示波器进行观察[3].具体测试方方法如下：首先,用肉眼对其外观进行检查,查看是否存在：断线、碰线以及元件过热、烧坏等现象；用相应工具测量各元件的电源引脚,查看其逻辑要求是否符合；对RESET信号进行检查,按下RESET,它变为高电平,松开按钮后变为低电平.如果没有外接的按钮开关,还可以如图2所示直接将电源与电容连接起来.并用示波器的探头接触RESET端,开启电源后,如果图形由高变低并且稳定,则表明复位电路没有出现故障.

接着采用示波器对时钟信号进行观测,将示波器探头连接在XTAL2引脚上,对其时钟脉冲进行观察；用逻辑测试仪对工作程序代码进行读取,对其是否存在错误进行判断；观察PO、P1、P2以及P3口的信号进行观测；对逻辑信号进行跟踪.最后,对逻辑门和驱动门是否正常进行判断.

三、系统级故障诊断

当小系统电气连接正常时,可以利用相应的系统自检程序进行系统自检.依据MC9-51单片机的地址分配特点,应该在OOOOH单元中对系统自检程序安置一条无条件转移指令.对EPROM进行检查的常用方法是静态测试法,首先将相应的自检程序固化到EPROM中,对其机器代码的累加和进行计算,将结果固化到EPROM特定单元；只需要计算EPROM的程序代码即可判断出EPROM的完好性.检测系统故障的有效方法是利用系统自身的自检功能,它不仅能够对软件进行自检,还可以对硬件电路系统进行自检.在故障检测中,对于与主控板相连接的一些异步输入信号,应该作为检测的重点,如：中断信号、就绪信号以及保持信号等[4].

四、结束语

对于单片机控制系统而言,其故障诊断是一个十分复杂的过程,时至今日依然没有十分完善的诊断标准.这不仅因为单片机自身的故障性质,还与维修人员你的工作经验有极大关系.对固定性故障和暂时性故障的诊断有不同的方法.应该依据具体情况灵活选择.