单片机串行通信程序调试原因

Question

如题所述

Answer 1

串口UART作为嵌入式应用和通讯领域中最常用的接口之一，接口协议虽然简单，但在实际应用中不同设备之间的通讯也会存在各种小问题，下面对使用中各种常见的问题做下总结和梳理，可作为调试参考。串口可分为异步串口（UART）和同步串口（USART），后者多出时钟信号线用作通讯时信号同步。本偏仅介绍异步串口。
一、串口通信常见问题
串口通信乱码
串口通讯乱码通常是指接收方接收到的数据不符合预期，出现此情况时需要考虑的因素通常包含以下几个方面：

双方设定的串口参数是否匹配，需检查设置的：串口波特率、串口数据格式等参数。
串口通讯电压不匹配，不同的串口设备接收可正常进行解码的高低电平门限不同，如同样是3.3V串口通讯，A设备低电平门限1.5V，B设备低电平门限1V。当实际串口电压低电平只有1.5V时，B设备无法正常接收数据。又如：A设备为5V串口，B设备为3.3V串口，同样有电压不匹配的问题。
串口通讯实际工作波特率误差较大，即：串口工作实际波特率和理论值偏差较大，因一些MCU和串口设备所用时钟为了兼顾其他资源和应用需要，实际工作的串口速率和设定会有偏差。比如：标称为9600bps时，实际工作在了10000bps（误差超过4%），此时可能已经超出接收方的设计标准。
串口通讯信号质量差，如通讯时信号上升下降抖动严重，信号有过冲或者变化比较迟缓，此时检查硬件上共地是否良好，以及线路上有无串接/并联其他器件导致。
数据格式显示问题，通常使用十六进制或ASCII码格式居多，使用时需要区分。
串口无法发送
串口无法发送通常是指与此串口的TXD连接的对端设备RXD通道接收不到任何数据，总结如下：

使用仪器对TXD通道进行实际测量，观察硬件波形，确定信号是否有输出以及是否正常。（串口电压、串口信号上升下降时间）
短接设备的TXD和RXD通道回环测试，看自收发是否可以成功。排除是自身设备异常还是对端异常。
确定应用软件是否打开串口硬件流控，如当启用RTS/CTS硬件流控后但实际该引脚并没有连接或连接但不生效时，按照协议规定，CTS输入无效则发送方暂停发送数据。
MCU软件编码问题或计算机端软件工作异常。
串口无法接收

当串口接收不到任何数据的原因通常如下：

对端串口实际未能成功发送数据。
串口发送有效电压不满足芯片接收解码要求。
MCU软件编码问题或计算机端软件工作异常。
二、常用的排查小技巧
对于以上的常见串口调试问题，有以下几个方法和技巧可供参考使用。

使用硬件仪器
善于使用示波器等硬件采集或分析工具查找问题，用此方法可以确定线路上信号的串口电压、串口数据格式、串口通信波特率等参数。

串口Loopback检测
当手头没有硬件仪器时，将设备自身的TXD和RXD短接起来进行自收发测试也是一个不错的选择，此方式可以简单确认硬件通路和整个逻辑是否是打通的。但缺点是定位问题不够精准。

更换串口调试软件
计算机端串口软件种类较多，不排除一些设备或驱动软件没法成功适配所有的串口调试软件，此时可尝试多使用几款不同的软件对比测试。

三、串口通信基础
当两个设备使用UART进行通信时，它们至少通过三根导线连接：TXD串口发送、RXD串口接收、GND。串口设备通过改变TXD信号线上的电压来发送数据，接收端通过检测RXD线上的电压来读取数据。

什么是串口通信

计算机一次传输信息（数据）一位或多个比特位。串行是指传输数据一次只传输一位。当进行串口通信时发送或者接收的每个字（即字节或字符）一次发送一位。每一位都是逻辑‘1’或者‘0’。也用Mark表示逻辑1，Space表示逻辑0。

串口数据速率使用 bits-per-second ("bps") 或者 baud rate ("baud")。这表示一秒内可以传输多少逻辑1和0。当波特率超过 1000，你会经常看到用Kbps表示的速率。对于超过 1000000 的速率一般用Mbps 来表示。

Answer 2

4位共阳数码管的有一个位的其中一段不亮，而其他位的该段能正常显示。这有些不符合常理，因为共阳数码管的4个为的段是连在一起的，如果是程序问题或者硬件连接有问题，应该4位全不亮。

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原因：经排查，原因是发现电路板的背面该段和其他位的位选线短路了，这样就导致当动态扫描的时候，要显示这一位的时候，其他三个位选是拉低的，这样就造成了这一段应该为高电平被拉低了，所以出现了这种四个位中只有一位的段显示不正常。

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2、数码管显示出现了严重的重影，程序没有问题的(在其他板子上测试没有问题)。
原因：经排查，排除了器件的问题，也排查了连线问题。最后发现了共阳端的驱动三极管的基极的电压和正常的有些不一样，但是差别很小。我发现为了保护单片机的引脚，给单片机多加了一层底座，怀疑底座的原因造成。直接拆掉一层底座，发现数码管显示正常了。

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所以应该是底座的电阻加上限流电阻之后阻值过大，导致单片机输出电流过小，无法驱动pnp三极管输出低电平。造成数码管有严重残影。
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