Как проверить микроконтроллер на исправность

Как проверить микроконтроллер на исправность

В ремонте техники и сборке схем всегда нужно быть уверенным в исправности всех элементов, а иначе вы зря потратите время. Микроконтроллеры тоже могут сгореть, но как его проверить, если нет внешних признаков: трещин на корпусе, обугленных участков, запаха гари и прочего? Для этого нужно:

• Источник питания со стабилизированным напряжением;
• Мультиметр;
• Осциллограф.

Внимание:

Полная проверка всех узлов микроконтроллера трудна – лучший способ заменить заведомо исправным, или на имеющийся прошить другой программный код и проверить его выполнение. При этом программа должна включать как проверку всех пинов (например, включение и отключение светодиодов через заданный промежуток времени), а также цепи прерываний и прочего.

Теория

Микроконтроллер – это сложное устройство в нём многофункциональных узлов:

• цепи питания;
• регистры;
• входы-выходы;
• АЛУ;
• ОЗУ;
• ПЗУ;
• АЦП;
• интерфейсы и прочее.

Поэтому при диагностике микроконтроллера возникают проблемы:

Работа очевидных узлов не гарантирует работу остальных составных частей.

Прежде чем приступать к диагностике любой интегральной микросхемы нужно ознакомиться с технической документацией, чтобы её найти напишите в поисковике фразу типа: «название элемента datasheet», как вариант – «atmega328 datasheet».

На первых же листах вы увидите базовые сведения об элементе, для примера рассмотрим отдельные моменты из даташита на распространенную 328-ю атмегу, допустим, она у нас в dip28 корпусе, Нужно найти цоколевки микроконтроллеров в разных корпусах, рассмотрим интересующий нас dip28.

Первое на что мы обратим внимание – это то, что выводы 7 и 8 отвечают за плюс питания и общий провод. Теперь нам нужно узнать характеристики цепей питания и потребление микроконтроллера. Напряжение питания от 1.8 до 5.5 В, ток потребляемый в активном режиме – 0.2 мА, в режиме пониженного энергопотребления – 0.75 мкА, при этом включены 32 кГц часы реального времени. Температурный диапазон от -40 до 105 градусов цельсия.

Этих сведений нам достаточно, чтобы провести базовую диагностику.

Основные причины

Микроконтроллеры выходят из строя, как по неконтролируемым обстоятельствам, так и из-за неверного обращения:

1. Перегрев при работе.

2. Перегрев при пайке.

3. Перегрузка выводов.

4. Переполюсовка питания.

5. Статическое электричество.

6. Всплески в цепях питания.

7. Механические повреждения.

8. Воздействие влаги.

Рассмотрим подробно каждую из них:

1. Перегрев может возникнуть, если вы эксплуатируете устройство в горячем месте, или если вы свою конструкцию поместили в слишком маленький корпус. Температуру микроконтроллера может повысить и слишком плотный монтаж, неверная разводка печатной платы, когда рядом с ним находятся греющиеся элементы – резисторы, транзисторы силовых цепей, линейные стабилизаторы питания. Максимально допустимые температуры распространенных микроконтроллеров лежат в пределах 80-150 градусов цельсия.

2. Если паять слишком мощным паяльником или долго держать жало на ножках вы можете перегреть мк. Тепло через выводы дойдёт до кристалла и разрушит его или соединение его с пинами.

3. Перегрузка выводов возникает из-за неверных схемотехнических решений и коротких замыканий на землю.

4. Переполюсовка, т.е. подача на Vcc минуса питания, а на GND – плюса может быть следствием неправильной установки ИМС на печатную плату, или неверного подключения к программатору.

5. Статическое электричество может повредить чип, как при монтаже, если вы не используете антистатическую атрибутику и заземление, так и в процессе работы.

6. Если произошел сбой, пробило стабилизатор или еще по какой-то причине на микроконтроллер было подано напряжение выше допустимого – он вряд ли останется цел. Это зависит от продолжительности воздействия аварийной ситуации.

7. Также не стоит слишком усердствовать при монтаже детали или разборке устройства, чтобы не повредить ножки и корпус элемента.

8. Влага становится причиной окислов, приводит к потере контактов, короткого замыкания. Причем речь идет не только о прямом попадании жидкости на плату, но и о длительной работе в условиях с повышенной влажностью (возле водоёмов и в подвалах).

Проверяем микроконтроллер без инструментов

Начните с внешнего осмотра: корпус должен быть целым, пайка выводов должна быть безупречной, без микротрещин и окислов. Это можно сделать даже с помощью обычного увеличительного стекла.

Если устройство вообще не работает – проверьте температуру микроконтроллера, если он сильно нагружен, он может греться, но не обжигать, т.е. температура корпуса должна быть такой, чтобы палец терпел при долгом удерживании. Больше без инструмента вы ничего не сделаете.

Проверка мультиметром

Проверьте, приходит ли напряжение на выводы Vcc и Gnd. Если напряжение в норме нужно замерить ток, для этого удобно разрезать дорожку, ведущую к выводу питания Vcc, тогда вы сможете локализоровать измерения до конкретной микросхемы, без влияния параллельно подключенных элементов.

Не забудьте зачистить покрытие платы до медного слоя в том месте, где будете прикасаться щупом. Если разрезать аккуратно, восстановить дорожку можно каплей припоя, или кусочком меди, например из обмотки трансформатора.

Как вариант можно запитать микроконтроллер от внешнего источника питания 5В (или другого подходящего напряжения), и замерить потребление, но дорожку резать все равно нужно, чтобы исключить влияние других элементов.

Для проведения всех измерений нам достаточно сведений из даташита. Не будет лишним посмотреть, на какое напряжение рассчитан стабилизатор питания для микроконтроллера. Дело в том, что разные микроконтроллерные схемы питаются от разных напряжений, это может быть и 3.3В, и 5В и другие. Напряжение может присутствовать, но не соответствовать номиналу.

Если напряжения нет – проверьте, нет ли КЗ в цепи питания, и на остальных ножках. Чтобы быстро это сделать отключите питание платы, включите мультиметр в режим прозвонки, поставьте один щуп на общий провод платы (массу).

Обычно она проходит по периметру платы, а на местах крепления с корпусом имеются залуженные площадки или на корпусах разъёмов. А вторым проведите по всем выводам микросхемы. Если он где-то запищит – проверьте что это за пин, прозвонка должна сработать на выводе GND (8-й вывод на atmega328).

Если не сработала – возможно, оборвана цепь между микроконтроллером и общим проводом. Если сработала на других ножках – смотрите по схеме, нет ли низкоомных сопротивлений между пином и минусом. Если нет – нужно выпаять микроконтроллер и прозвонить повторно. То же самое проверяем, но теперь между плюсом питания (с 7-м выводом) и выводами микроконтроллера. При желании прозваниваются все ножки между собой и проверяется схема подключения.

Проверка осциллографом

Осциллограф – глаза электронщика. С его помощью вы можете проверить наличие генерации на резонаторе. Он подключается между выводами XTAL1,2 (ножки 9 и 10).

Но щуп осциллографа имеет ёмкость, обычно 100 пФ, если установить делитель на 10 ёмкость щупа снизится до 20 пФ. Это вносит изменения в сигнал. Но для проверки работоспособности это не столь существенно, нам нужно увидеть есть ли колебания вообще. Сигнал должен иметь форму наподобие этой, и частоту соответствующую конкретному экземпляру.

Если в схеме используется внешняя память, то проверить можно очень легко. На линии обмена данными должны быть пачки прямоугольных импульсов.

Это значит, что микроконтроллер исправно выполняет код и обменивается информацией с памятью.

Используем программатор

Если выпаятьмикроконтроллер и подключить его к программатору можно проверить его реакцию. Для этого в программе на ПК нажмите кнопку Read, после чего вы увидите ID программатора, на AVR можно попробовать читать фьюзы. Если нет защиты от чтения, вы можете считать дамп прошивки, загрузить другую программу, проверить работу на известном вам коде.Это эффективный и простой способ диагностики неисправностей микроконтроллера.

Программатор может быть как специализированным, типа USBASP для семейства АВР:

Так и универсальный, типа Miniprog.

Схема подключения USBASP к atmega 328:

Заключение

Как таковая проверка микроконтроллера не отличается от проверки любой другой микросхемы, разве что у вас появляется возможность использовать программатор и считать информацию микроконтроллера. Так вы убедитесь в его возможности взаимосвязи с ПК. Тем не менее, случаются неисправности, которые нельзя детектировать таким образом.

Вообще управляющее устройство редко выходит из строя, чаще проблема заключается в обвязке, поэтому не стоит сразу же лезть к микроконтроллеру со всем инструментарием, проверьте всю схему, чтобы не получить проблем с последующей прошивкой.

• Как с помощью Ардуино безопасно управлять нагрузкой на напряжении 220 вольт
• Подключение аналоговых датчиков к Ардуино, считывание показаний датчиков
• Какую плату Arduino выбрать

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Схемы на микроконтроллерах

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Методы поиска неисправностей в электронных схемах

Чаще всего люди интересуются электроникой чтобы уметь починить какой-либо прибор. Самостоятельной разработкой занимается лишь малая часть любителей. Теоретические знания хоть и дают общее понимания принципа работы компонентов, но для ремонта гораздо важнее знать методы их проверки. Мы расскажем, как найти неисправность в электронной схеме своими руками, глазами и простым инструментом.

Основные способы поиска неполадки

Прежде чем провести ремонт важно определить в чем проблема – этот процесс называется диагностикой. Итак, можно выделить два этапа проверки электронных приборов:

1. Проверка работоспособности прибора. Не всегда случается так что устройство совсем «мёртвое», нужно проверить не включается прибор совсем, или включается и сразу выключается, или же не работают какие-то конкретные кнопки или функции.

Например, при ремонте LCD-мониторов встречается такая проблема как выход из строя подсветки. При этом монитор может либо не включатся совсем тогда его индикатор моргает, либо же индикатор указывает на включенное состояние, но изображения нет. В таком случае если посветить фонарём в экран можно увидеть, что изображение все-таки есть и монитор как бы работает, но он тёмный – и это только один из примеров, когда предварительная проверка упрощает диагностику.

2. Визуальный осмотр. Внешне можно определить большинство проблем с электрическим прибором. Это могут быть как просто сгоревшие компоненты – диоды, резисторы, транзисторы и конденсаторы, так и дефекты пайки или механические повреждение элементов и самой печатной платы.

3. Измерения. Если плата и детали выглядят нормально, то следует переходить к измерениям. Их проводят в основном с помощью мультиметра и осциллографа. В отдельных случаях используют специализированные приборы, типа частотомеров, логических анализаторов и прочего.

Итак, обобщенным алгоритмом поиска неисправности является:

• Осмотр платы;
• Определение чрезмерного нагрева электронных компонентов платы;
• Измерения и прозвонка мультиметром;
• Использование осциллографа и других приборов;
• Замена вышедшей из строя детали или блока.

Визуальный осмотр

Визуальный осмотр следует проводить от общего к частному. Или простыми словами – осмотреть общий вид электронного устройства, сразу проверяем целостность кабелей и проводов питания. Их покров должен быть ровным и целым, без изломов и резких перегибов, шишек и других неравномерностей на оболочке быть не должно.

После того как вы убедились в целостности устройства, нужно его разобрать и добраться к печатной плате. Осмотр внутренностей следует начинать с проверки целостности шлейфов, проводов других межблочных соединений. Важно не порвать их еще при разборке, так как часто шлейфы идут от плат к блокам клавиш и дисплеям, закрепленным на корпусе.

Далее проверяют целостность предохранителя в цепи питания, часто если он перегорел можно определить невооруженным взглядом. Он стоит около того места где подключается к плате шнур питания.

После этого осматривают наличие следов нагрева или сажи на плате и поврежденные компоненты. Рассмотрим, как выглядят неисправные электронные компоненты. Например, корпуса неисправных транзисторов и сгоревших диодов разрывает или они трескаются.

На интегральных микросхемах появляется трещина или мелкая точка. В некоторых случаях и те, и другие сгорают, оставляя в результате следы гари на плате. Обращайте внимание нет ли характерного запаха горелой изоляции. Так можно локализировать от какого элемента или участка платы исходит этот запах. Как определить сгоревшие транзисторы и микросхемы вы видите ниже.

Резисторы обычно сгорают или темнеют, реже происходит обрыв резистивного слоя и деталь выглядит исправной.

Как определить сгоревшие конденсаторы? Они в основном пробивают «накоротко» между обкладками и, если стоят в силовой цепи – тогда повреждаются дорожки платы или корпус конденсатора. Если цепь была слаботочной – пробитый конденсатор просто закоротит её без видимых следов протекания больших токов. Реже трескаются корпуса конденсаторов.

В то время как электролитические конденсаторы можно вычислить по деформированной крышке корпуса или следам протекшего вниз электролита. На крышке конденсатора есть две диагональных борозды, она нужна чтобы корпус не разорвало в аварийной ситуации. Крышка в таком случае вздувается либо трескается. Реже выдавливает дно.

С SMD-компонентами дело обстоит несколько сложнее. Часто их крайне сложно рассмотреть на предмет целостности. Есть один метод поиска короткого замыкания в плате с SMD – это термобумага, такая бумага используется в кассовой аппарате, поэтому можно использовать любой чек. Печать на ней происходит за счет нагрева. Значит, когда вы подадите питание на плату пробитая накоротко деталь, перегреется и отпечатается на бумаге. Методику поиска неисправности с помощью термобумагивы видите на видео:

Но нужно помнить об электробезопасности и не прибегать к такому способу диагностики, если вы не уверены есть ли там опасное напряжение. Безопасно и точно это можно сделать с помощью тепловизора.

Для определения короткого замыкания по нагреву в большинстве случаев вам понадобится лабораторный блок питания или другой источник питания с ограничением тока. Если вы проводите диагностику цепей 220В – можете воспользоваться контрольной лампой, если есть КЗ, то лампа загорится в полный накал. Фактически она выступит в роли токоограничивающего резистора.

При визуальном осмотре важно определить состояние контактов всех разъёмных соединений. Они должны быть чистыми, без окислов с характерным медным или серебряным блеском. Если контакты не слишком сильно окислены – их можно почистить канцелярским ластиком или деревянной стороной спички.

В более запущенных случаях их нужно залудить, таким образом оловом вы восстановите контактную поверхность. Самый худший вариант, когда ни чистить, ни лудить нечего, тогда нужно либо менять плату целиком, либо припаивать к дорожкам платы проводники и соединять через них.

Также внимательно осматриваете дорожки печатной платы, они могут перегорать, трескаться при изгибе платы, отслаиваться и окисливаться. Их восстанавливают либо каплей олова, либо кусочком провода, когда дорожки расположены слишком плотно – их замещают куском провода – подойдет тонкий обмоточный провод либо жила витой пары, припаивая их к началу и концу печатной дорожки.

Подведем итоги, узнайте 5 советов по внешней диагностике электроники:

1. Большинство неисправностей можно найти при внешнем осмотре;

2. Внимательно проверяйте качество пайки и наличие микротрещин;

3. Уделяйте особое внимание силовым цепям;

4. Вздутые электролитические конденсаторы в большинстве случаев являются как причиной полной неработоспособности, так и неработоспособности каких-то отдельных функций;

5. Не всегда внешне исправная деталь является таковой.

Измерения и прорзвонка цепей

Если внешний осмотр не принес результатов, то следует проводить ряд измерений. Если устройство не подаёт признаков жизни и:

• У него сгорел предохранитель – то с помощью мультиметра прозваниваем цепь и находим на каком участке у нас короткое замыкание. Режим прозвони в большинстве мультиметров совмещен с режимом проверки диодов (на рисунке ниже);
• Если предохранитель исправен – проверяем вольтметром приходит ли питающее напряжение на плату.

Если напряжение не приходит, то проблема скорее всего в кабеле, определить это можно прозвонив кабель от вилки до места подключения к печатной плате.

Не включайте блок питания напрямую в сеть, если вы не уверены, что устранили все неполадки. Подключите последовательно лампочку накаливания, о которой мы упоминали в середине статьи.

Следующий шаг – проверка цепи питания, для этого включаем устройство и проверяем наличие выходных напряжений блока питания. Учтите, что бывают случаи, когда без нагрузки блок питания не включается. Тогда проверяем исправность блока питания, её начинают с проверки диодного моста, мы рассматривали этот процесс подробно в статье – Как проверить диодный мост

После того как вы убедились в исправности диодного моста следует проверить приходит ли напряжение на ШИМ контроллер. Если нет, то искать, обрыв на плате, если приходит, то методика его проверки изображена на видео ниже:

Также следует по блокам проверить источник питания. Об этом вы можете почитать в статье о ремонте блоков питания для светодиодных лент.

Дальнейшая диагностика платы электронного устройства заключается в пошаговом измерении параметров каждого из компонентов и сравнение их с номинальными величинами. Задаче сильно упрощается если у вас есть схема ремонтируемого устройства.

Если у вас есть осциллограф диагностика сильно упростится, так как проверка сигналов ШИМ, на выходе контроллера и на базах или затворах транзисторов нормально возможна лишь таким образом. Как пользоваться осциллографом описано в статье Что можно сделать с помощью осциллографа и ряде других статей нашего сайта из тематического раздела Практическая электроника.

Заключение

Ремонт электроники – это не только знания принципа работы элементов, но и интуиция, опыт и удача. Главное помнить при ремонте о технике безопасности – не следует трогать плату источников питания, если на неё подано напряжение. Разряжайте фильтрующие конденсаторы блоков питания, поскольку на их выводах может быть напряжение до 300 вольт. А также при диагностике цепей с интегральными микросхемами – лучше сразу ищите техническую документацию к ним, её можно найти по запросу «datasheet название микросхемы».

• Микросхема 4046 (К564ГГ1) для устройств с удержанием резонанса — принцип работы
• Дроссель для защиты от синфазных помех, генерируемых импульсным источником питания
• Бутстрепный конденсатор в схеме управления полумостом

Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также другие статьи в категории Электрическая энергия в быту и на производстве » Практическая электроника

Подписывайтесь на канал в Telegram про электронику для профессионалов и любителей: Практическая электроника на каждый день

Поделитесь этой статьей с друзьями:

Как проверить исправность микроконтроллера?

У меня есть MSP430 Launchpad. На нем была уже зашита программа мигания светодиодом и она работала нормально. После этого я попробовал зашить туда другую программу, но она почему то не работала, хотя в IAR все биты регистров устанавливались, как надо. Я попробовал подать единицу на все пины и проверил мультиметром напряжение, на некоторых оно было в норме, а на большей части пинов нет, причем иногда неработающие начинали работать, загорался светодиод. Значит ли это, что микроконтроллер вышел из строя?

• Вопрос задан более трёх лет назад
• 7756 просмотров

Комментировать
Решения вопроса 0
Ответы на вопрос 2

Любые ответы на любые вопросы

Нужно проверить, та ли прошивка сейчас находится в контроллере.
Если прошивка совпадает с записанной, стоит проверить флеш-память, записав в контроллер случайные данные на весь размер памяти, а затем считав их.

После этого стоит проверить все пины контроллера, подавая на них 1 и 0 в произвольных комбинациях.

Контроллер может быть частично исправным, поэтому при наличии подозрений проще его заменить.

Ответ написан более трёх лет назад
jadzouh @jadzouh Автор вопроса

А как проверить, та ли прошивка там находится? Вот я прошиваю через IAR, как мне узнать, прошилась ли эта самая программа? И еще: на ланчпаде по умолчанию шла программа измерения температуры, я попробовал зашить ее, причем зашивалась она через bat файл. И эта программа работала нормально. Но она вроде не использует пины. Может у меня порты вышли из строя?

jadzouh: порты могли выйти из строя в случае короткого замыкания или подачи чрезмерного напряжения.

Инструмент прошивки обычно позволяет считать содержимое чипа.

Банальная проблема незапуска AVR, решение которой глубоко под землей

Представим: купили вы новый камень для своего проекта, а он — зараза — не шьется! Все собрано правильно, программатор правильный — всё равно ошибка. Знакомо? Мне да. Поэтому я решил написать про это статью.

Немного предыстории

Понадобилась мне значит Atmega32, купил, впаял, пытаюсь прошить — ошибка!

Лезем в гугл, где вам предложат:

• Проверить соединение
• Проверить пайку
• Выкинуть микроконтроллер

Другая история — попалась мне Atmega328p, друг попросил накатить загрузчик. Ошибка такая же. Похоже на случай описанный ранее? На первый взгляд да. А вот когда начнем разбираться.

Прошиваем Atmega32

Я, как и многие другие, использую дешевой китайский программатор USBasp.

Некоторые программаторы приходят со сбитыми элементами, непропаями и соплями. Даже если вы купите USBasp в нашем магазине, то скорее всего он будет собран в том же китайском подвале, что и его собратья купленные в китайских интернет-магазинах.

На программаторе мы видим 3 джампера: прошивка программатора — JP1, напряжение питания — JP2, и незапаяный джампер JP3 — прошивка на пониженной скорости.

Что такое «низкая скорость прошивки» и почему важна частота?

Пока перенесёмся из мира электроники, мир наш. Представим что на работе раз в час приходит начальник, чтобы проверить, как вы работаете. Время появления начальника вам известно, соответственно, вы начинаете работать и не получаете пинков от него. Но в один прекрасный момент, начальник начинает приходить раз в 45 минут, но вы этого не знаете. Так же и с МК, если он настроен на 16 MHz, но будет кварц на 8 MHz, чип не будет работать. Настройки частоты задаются фьюзами. За источник тактирования отвечают CKSEL. В зависимости от частоты, меняется скорость прошивки. Обычно на новых камнях стоят одни из этих источников тактирования:

• External 16 MHz
• External 8 MHz
• Internal 8 MHz
• Internal 1 MHz
• Internal 128 KHz

Для работы с чипом имеющим частоту меньше 1 МГц, нужно снизить скорость прошивки. Это можно сделать перемычкой JP3 на программаторе, или в настройках используемой вами программы. После этого Atmega32 прошилась!

Прошиваем Atmega328p

В этом случае колдовать со скоростью прошивки не пришлось. Но пришлось поиграть с кварцами. Просто глядя на камень его настройки установить невозможно. А если МК не запускается, определить фьюзы даже с программатором это бесполезная затея. Не буду томить — в моем случае какой-то китаец настроил Atmega328p на External 8 MHz. Подключаем чип к программатору, жмем «Записать загрузчик» и.

Далее не забываем подкинуть кварц на выбранную вами частоту. В Arduino IDE частота меняется здесь (в большинстве кастомных ядер):

Если все равно не работает

Первый вариант: вы перебрали не все кварцы. По-хорошему, у вас должно быть достаточно разных кварцев — на 16, 8, 4 MHz. В последнее время появились микроконтроллеры с частотой 20 MHz, но их достаточно мало. Однако и такой вариант следует предусмотреть. Вот полный список частот Atmega32, на свой чип гуглите:

Второй вариант: вы выбрали не тот чип. Например, вот модификации atmega328:

Третий вариант: МК в мусорку. Попался с брачком, ну или сгорел.

Заключение

Описанные в статье проблемы выявить и устранить не всегда бывает легко, но возможно. Надеюсь статья была вам полезна, и вы узнали что-то новое или справились с проблемой. Если есть вопросы, пишите в комментарии, а на этом я с вами прощаюсь, всем удачи и всем, пока!