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1、基于单片机的太阳定向系统调试技术【摘要】在使用单片机开发系统时，最主要环节在于系统的调试。 木篇论文以太阳的定向系统作为例，详细说明单片机系统的调试方法和步 骤，其中包括显示电路的调试、步进电机的检测与调试以及对在线下载电 路的原理与常见问题进行介绍。【关键词】调试技术;最小系统；ISP；步进电机1引言利用单片机开发系统时，程序的编写与调试、硬件的调试以及软硬件 的联合调试很复杂。很多电子爱好者先利用仿真软件调试，再开发硬件系统。然而在实际 调试中并没有仿真时那么顺利，导致开发效率降低。究其原因，主要是开 发产品时，硬件电路主耍是使用万用板或者自制卩CB完成，在硬件焊接时 存在虚焊、连焊、布线
2、不良等情况，这样容易导致开发者不能分清楚是软 件原因还是硬件原因，盲目调试降低开发速度。本文以太阳定向系统的开发为例说明系统调试的技巧。2.系统原理介绍能够实现太阳定向的系统较多，木文以51单片机为例。基本原理如 图1所示。光敏器件釆集光强度信号经模数转换后送入单片机分析，单片 机根据分析结果驱动步进电机转动，使太阳能帆板垂直面向太阳。3.调试方法対于调试方法建议采用模块法，将整个系统按功能分为不同的模块， 如按键模块等，不建议直接对整个系统进行调试，否则很难确定故障点的 位置。图1智能太阳定位系统3. 1显示电路的调试先调试显示电路的好处有：验证最小系统是否正常；通过显示相关的参数，可以检验
3、其他的模块的止确性，如可以检验 键盘模块能否正确读取按键值并显示。常用的显示元件有发光二极管，数码管，LCD等。常用的集成型数码 管有6A104,如图2所示。数码管驱动芯片有74LS244, ULN2003等。显示 模块的调试方法如下：图2数码管引脚图（1）最小系统的检测技巧单片机最小系统是整个系统的基本工作条件。最可靠的检测方法是采 用示波器测特殊引脚（如ALE）的输出波形，但不方便。常用指针式万用 表测量典型引脚的对地电压。表1给出STC89C52RC典型引脚电压值。如 果测量值与其不符，说明最小系统未正常工作，此时重点检测晶振电路和 复位电路。表1 STC89C52RC最小系统正常工作典
4、型值（表型:MF47）OSC OSC ALE Pl, P2, P3 PO RST 1.6V 1.4V 1.2V 5V 高阻 OV(2) 下载线的设计冃前绝大多数的单片机都支持ISP (在系统编程技术)功能。STC89C52RC单片机支持真正的ISP功能，PC机串口经电平后转换即可对 单片机编程。通过串口还可以使PC机和单片机进行串行通信。使用MAX232 电平转换芯片进行通信的电路原理图如图3。DB9接口的第2管脚(RXD) 和第3管脚(TXD)分别接MAX232的14管脚(T10UT)和13管脚(R1IN), 单片机的 P31/RXD、P32/TXD 引脚分别接 MAX232 的第 11(T
5、1IN) 12CR10UT) 脚。编程软件为STC-ISP,可从网上下载。如单片机最小系统正常，下载 电路不能正常工作的主要原因有：DB9的第5脚未接地，MAX232连接错误 或断路，单片机系统未冷启动等。图3下载电路图(3) 显示硬件调试方法。对于数码管的显示电路，测试的方法有：用数字万用表蜂鸣档测量 数码管的公共端和段码端(正向导通时，相应码段发光)。通过测量可以 确定段码是否有烧坏，还可以确定数码管是共阴还是共阳。用简单的指 令检测。设P1 口输出段码，P2 口输出位选码，段码用74LS244驱动，位 选码用ULN2003驱动，数码管为共阴极接法，则输入指令：MOV Pl, #0FFHM
6、OV A, #OFEHMAIN： MOV P2, ARL AACALL DELAY_ 1 s （延时 Is）AJMP MAIN编译后运行，如显示“8”且所有数码管依次循环被点亮，说明硬件 正常。软件调试中常见问题有：软件中的字型码并口输出与实际的硬件 连接不符，如P1.0-P1.7与段码a-h没有对应。段码f和g的顺序和 常用的不一致，导致乱码显示。位选码的移动方向与位数出错（动态显 示时），或相邻两位位选引脚短接，造成两位数码管被同时点亮。这些常 见的问题，只要仔细观察现象，即可找到原因。3. 2按键调试键盘模块调试的重点在程序，按键有独立按键和矩阵键盘。按键的读 取有扫描法和中断法。当某按
7、键被按下时，就去执行相应的子程序，调试 时将这个子程序用下面代码代替：MOV A, 30HINC AMOV 30H, AANL A, #OFHMOVC A, DPTR+A,取字型码MOV Pl, AMOV P2, #OFEHRET其中，30H为显示缓冲区，用该函数的耳的是若键盘的软硬件没问题 时，运行系统。当按任意按键时，数码管显示数据加1 （显示0-F）o这样便非常容易确定问题是出在硬件上还是软件上，如是软件问题可进一步判 定是主程序还是功能子程序上出现问题。3.3步进电机的调试常用的电机有直流电机与步进电机，35BYJ46电机是一种四相八拍步 进电札 其励磁线圈如图4所示，35BYJ46步
8、进电机正转励磁顺序如表2 所示。表2步进电机励磁顺序端子位号导线颜色12 3 4 5 6 7 85 (E)红色 + + + + + + + +4 (A)橙色3 (B)黄色2 (C)粉色1 (D)蓝色图4 4相步进电机原理图步进电机驱动电路最常用的是LLN2003o单片机控制步进电机硬件电 路如图5所示。图5单片机控制步进电机硬件连线图根据图5和表2可知,步进电机止转方向的编码为AAB BBCC CD-D-DA-Ao单片机端口 P3.4-P3. 7的电平和每一步的情况如表3所 示0表3步进电机正转时个端M电平状态表正转步序 P3. 7 P3. 6 P3. 5 P3. 41 0 0 0 14 0
9、1105 0 10 06 110 07 10 0 08 10 0 1驱动电路要注意的是ULN2003的COM端务必要与电机的电源相连。3. 4输出部分的调试输出电路常用继电器做为输出，如图6所示。检测的方法是用软件置 三极管基极为高电平，判断继电器是否有吸合动作。此部分比较容易这里 从略。图6开关继电器的输出3.5参数的测试该系统对不同天气状况下光敏元件的电压值进行多次采样取其平均 值，此数据对主程序编写时分析电机是否转动以及转动的幅度控制是非常 重要的。3. 6编写程序以上模块调试通过后，再进行整体的程序调试。在编程时要善于对各 个功能模块利用子程序编写，以便于调试。编程时应认真考虑每一个细节, 特别是指令符要最好一次性书写正确，以减少调试的工作量。整体测试时, 要反复试验，详细记录数据进而调整程序减少误差。4. 结束语以上用到的调试技术，是从实践中总结出来，在实际应用中能够有效 地提高电路的设计效率。参考文献1 王鸿铉步进电机控制技术入门M.同济大学出版社，1990.2 黄智伟全国大学牛电子设计竞赛制作实训（第2版）M.北京航 空航天大学出版社，2011.3 苏平单片机原理与接口技术M.电子工业出版社，2004.作者简介：武子文（1962）,女，河南平顶山人，郑州城市职业学 院副教授，研究方向：卩LC控制技术应用、嵌入式系统开发。
