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第20章 单片机开发常用工具的使用

51hei ·2020-07-23 00:00·电子工程世界
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工欲善其事必先利其器,我们做单片机开发的时候,不管是调试电路还是调试程序,都需要借助一些辅助工具来帮助查找和定位问题,从而帮助我们顺利解决问题。没有任何辅助工具的单片机项目开发很可能就是无法完成的任务,不过好在实际上我们总是有很多种工具可用的。本章就要介绍一些最常用的单片机项目开发辅助工具,学习他们的使用方法,让它们协助我们进行项目的开发和调试。


20.1 万用表
20.1.1 什么是万用表
万用表,也称作多用表、复用表等,是电子工程师最基本也最不可或缺的测量工具。它的基本功能包括:测量交直流电压、交直流电流、电阻阻值,检测二极管极性,测试电路通断等。有些高档一点的还会包含电容容值测量、三极管测试、脉冲频率测量等。万用表大体可分为两类:指针万用表和数字万用表,先来看图认识一下,如图20-1所示。


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图20-1  指针万用表、数字万用表、自动量程万用表


目前,指针万用表基本上已经被淘汰了,只在某些特殊场合才能见到(比如科研和教学机构),而数字万用表是当今的绝对主流。图中最右边的自动量程万用表也是数字万用表的一种,顾名思义,它能自动切换量程,不用你自己再手动拨动了,但档位(指电压、电流、电阻等这些不同的测量项目)还是要手动拨的,无疑自动量程万用表更高级一点,用起来也更省事。所以我们下面就以手动量程的数字万用表为例,来讲解万用表的使用方法。


20.1.2 万用表的使用方法
要用万用表完成一项实际的测量工作,除了要有如图20-1的万用表的主体机身之外,还得有两支表笔才行,表笔通常都是一只黑色、一只红色,如图20-2所示。

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图20-2 万用表表笔、机身上的表笔插孔特写


对照图中的表笔插孔,使用万用表进行具体测量时,黑色表笔要插到标有“COM”的黑色插孔里,而红色表笔根据测量项目的不同,插到不同的插孔:测量小电流(≤200mA)信号时插到“mA”插孔,测量大电流(大于200mA)信号时插到“20A”插孔,其余测量项目均插到标有“VΩ”的插孔。要特别注意进行不同测量项目时千万不要插错了位置!

插好表笔之后还要选择档位和量程,靠机身中间的档位旋钮开关来实现,如图20-3所示。

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图20-3 万用表档位开关


围绕旋钮开关的一圈分为了多个档位:电阻Ω、电容F、关闭OFF、三极管hFE、直流电压V—、交流电压V~、直流电流A—、交流电流A~、二极管、通断。有的档位不分量程,而有的档位则包含多个量程,看图即可一目了然了。下面我们介绍几个最常用的档位的使用方法。


交直流电压:交流和直流电压的测量方法是完全相同的,仅根据具体的被测信号选择不同的档位量程即可。首先在测量前对被测信号的幅值应该有一个大概的评估,然后根据这个大概值去选择档位:比如照明电是220V交流,那么选择交流电压750V档位(绝不能选择低于被测信号最大值的档位,以免损坏万用表);单片机系统多数都在5V以下,那么选择直流电压20V档位。选择好档位后就可以把表笔接入被测系统了,如果是交流电压自然就无所谓方向了,两支表笔的低位也就是等同的了,把它们分别接触到两个被测点上即可,如果是直流信号,那么最好是红色表笔接电压高的一点,而黑色表笔接电压低的一点。有时候我们习惯上只说某一点的电压是多少多少,而不是说哪两点之间的电压是多少,其实此时这某一点都是针对参考地来说的,即该点和参考地之间的电压,那么通常来说黑表笔就是接触到参考地上的了。


电阻:电阻阻值的测量很简单,先把档位开关打到Ω档,如果不知道大概的阻值范围,就选择最大量程,然后用两支表笔分别接触待测电阻的两端即可,根据屏幕显示的数值可进一步选择更加合适的量程。值得一提的是,多数万用表进行测量时都有一个反应时间,慢的话需要等上几秒才能显示出一个稳定的测量值,所以大家在使用的时候也不要太心急哦。


交直流电流:电流的测量相对复杂一点,因为测量电流将万用表串联的回路中。那么首先需要我们把待测回路在某一个点上断开,把红表笔从VΩ插孔换到mA或20A插孔中(同理根据事先大概的评估来选择,如无把握就选择20A孔,如实测数值很小则再换到mA孔),把档位开关打到mA或20A档位上,然后用万用表的两支表笔分别接触断点的两端,也就是用表笔和万用表本身将断开的回路再连起来,这样万用表就串在原来的回路中了,此时就可以在屏幕上读到电流的测量值了。需要特别注意的一点是:当每次测量完电流后,都必需把插在电流插孔上的红表笔插回到VΩ插孔,以免其他人随后拿去测其他信号时造成意外短路损坏被测设备或万用表。


二极管和通断:有的万用表上二极管和通断是同一个档,有的是分开的两个,这从一个侧面说明它们在原理上相同的。万用表从两支表笔之间输出一个很小的电流信号,通常为1mA或更小,然后测量两支表笔之间的电压,如果这个电压值很小,小到几乎为0,那就可以认为此时两支表笔之间是短路的,即被测物是连通的导线或等效阻值很小而近似通路,反之如果这个电压值很大以致超量程了(通常屏幕会在高位显示一个1后面是空白或者是OL之类的提示),那么就可以认为两支表笔之间的被测物是断开的或者说绝缘的,这就是通断功能。通常当万用表检测到短路(即“通”)时还会发出提示声音。那么二极管呢,同样是这个原理,如果测到的电压值大约等于一个PN结的正向导通电压(硅管0.5~0.7V、锗管0.2~0.3V),那么说明此时与红表笔接触的就是二极管的阳极,黑表笔接触的是阴极,反之如果显示超量程那么说明二极管接反了,你需要再反过来再测,如果正反电压都很小,或者都很大,那么说明二极管可能是坏了。


介绍完了万用表最常用的功能和使用方法,那么再来看它在我们单片机开发中能起到什么作用的。当你自己辛辛苦苦搭建好了一套单片机系统,满怀期待的上电,而她却很不给面子的罢工时,该怎么办呢?首先就要检查电源是否正常:用万用表的直流电压档测量单片机的供电电源,看是否是在5V左右(以5V单片机系统为例,其它电压的系统请对号入座),以先确定作为整个系统基础的电源是否有故障。然后再检查复位信号电压是否正常、其它控制信号电压是否正常等。一步步查找,一步步排除问题,再查找排除问题的过程中,通断功能就是一个很好的帮手,它可以告诉你电路板的哪条线路是通的,哪条线路没通上,或是哪条线路对地或对其它线路短路了等等。而其它的电阻、电流、频率等也都各有用处,只是不想电压和通断如此常用,就不再赘述了,大家在实践中慢慢体会吧。


20.2 示波器
20.2.1 什么是示波器
示波器,“人”如其名,就是显示波形的机器,它还被誉为“电子工程师的眼睛”。它的核心功能就是为了把被测信号的实际波形显示在屏幕上,以供工程师查找定位问题或评估系统性能等等。它的发展同样经历了模拟和数字两个时代,还是先来看图认识一下,如图20-4所示。

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图20-4 模拟示波器、数字示波器、示波器探头


目前,模拟示波器也基本上被淘汰了,现在是数字示波器的天下。同理,我也将只以数字示波器为例来加以讲解。


数字示波器,更准确的名称是数字存储示波器,即DSO(Digital Storage Oscilloscope)。这个“存储”不是指它可以把波形存储到U盘等介质上,而是针对于模拟示波器的即时显示特性而言的。模拟示波器靠的是阴极射线管(CRT,即俗称的电子枪)发射出电子束,而这束电子在根据被测信号所形成的磁场下发生偏转,从而在荧屏上反映出被测信号的波形,这个过程是即时地,中间没有任何的存储过程的。而数字示波器的原理却是这样的:首先示波器利用前端ADC对被测信号进行快速的采样,这个采样速度通常都可以达到每秒几百M到几G次,是相当快的;而示波器的后端显示部件是液晶屏,液晶屏的刷新速率一般只有几十到一百多Hz;如此,前端采样的数据就不可能实时的反应到屏幕上,于是就诞生了存储这个环节:示波器把前端采样来的数据暂时保存在内部的存储器中,而显示刷新的时候再来这个存储器中读取数据,用这级存储环节解决前端采样和后端显示之间的速度差异。

很多人在第一次见到示波器的时候,可能会被他面板上众多的按钮唬住,再加上示波器一般身价都比较高,所以对使用它就产生了一种畏惧情绪。这是不必要的,因为示波器虽然看起来很复杂,但实际上要使用它的核心功能——显示波形,并不复杂,只要三四个步骤就能搞定了,而现在示波器的复杂都是因为附加了很多辅助功能造成的,这些辅助功能自然都有它们的价值,熟练灵活的应用它们可以起到事半功倍的效果。作为初学者,我们先不管这些,我们只把它最核心的、最

关键字: 单片机开发 常用工具 编辑:什么鱼 引用地址: http://news.eeworld.com.cn/mcu/ic504113.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
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