Как паять микросхемы паяльником: Как правильно паять паяльником, как выпаять микросхему

Правила пайки микросхем – как припаять DIP, SMD и BGA микросхему

25.12.202125.12.2021 Сварка Пайка | 🕮 Пайка | 0 Комментариев| 👁 49 прочитали

Содержание:

Правила пайки микросхем — как припаять микросхему

Каждому кто занимается радиолюбительством рано или поздно приходилось сталкиваться с вопросом — «как припаять микросхему?». Сразу нужно оговориться и сказать о том, что у каждого мастера присутствует свой набор сводов и правил, которыми он руководствуется при выполнении данной работы.

В этой статье будут рассмотрены несколько самых популярных микросхем, а также главный вопрос — как их правильно припаять к плате. Статья написана в стиле «Вопросы и Ответы», так будет информативней.

Какая температура нужна для пайки микросхем

При пайке главное не перегреть микросхему, поэтому температура паяльника должна быть не более 230 градусов. Если паяльник сильно перегревается, то от его применения лучше отказаться, либо его придётся всё время выключать во время выполнения данной работы.

Что делать перед пайкой

Сначала нужно прогреть паяльник до рабочей температуры. Жало паяльника необходимо залудить припоем и канифолью. Припой не должен скатываться шариками с жала паяльника. Также на нем не должно быть гари и черного налёта.

Удаление лишнего олова с платы

Когда паяльник разогрелся до 230 градусов, его уже можно использовать для пайки микросхемы. Однако во время этого процесса образуется много лишнего припоя, который затекает в ненужные места. Чтобы освободить ножки микросхемы от припоя, можно использовать тонкую иглу или медную оплетку.

Пайка разных типов микросхем

Теперь обратимся непосредственно к пайке различных по форме и конфигурации микросхем, и, как их можно припаять:

DIP микросхемы — самый распространенный тип микросхем, которые просто и легко перепаиваются путем установки длинных монтажных ножек в отверстия. Для демонтажа DIP микросхемы лучше всего использовать тонкую иглу, о чем указывалось абзацем выше.

SMD микросхемы — эти микросхемы имеют принципиально другой способ пайки, на так называемые «пятачки». Впрочем, это никак не утяжеляет процесс работы и даже облегчает его, если под рукой есть такой друг и помощник, как инфракрасный фен.

BGA микросхемы — контакты данных микросхем расположены под ними в виде небольших шариков припоя.

Пайка разных типов микросхем

Чтобы выпаять и впаять назад микросхему понадобится следующий инструмент:

• Паяльник или паяльная станция;
• Пинцет для захвата и удержания микросхемы;
• Гель-флюс и 1 мм припой. Толстым припоем паять микросхему не очень удобно;
• Медная оплётка или игла для выпаивания микросхемы;
• Алюминиевая фольга или каптоновый скотч.

Также потребуется смывка для флюса, поскольку после пайки микросхем, чтобы избежать короткого замыкания, необходимо сразу же смывать его остатки с платы.

После того, как удалена старая микросхема, настаёт черед установки новой. Сначала необходимо подготовить место, убрать лишний припой при помощи паяльника и медной оплетки.

Как впаять микросхему

Далее потребуется залудить поверхности, после чего можно приступать к впаиванию новой микросхемы:

DIP микросхема впаивается таким образом, чтобы правильно вставить её ножки на плату (согласно ключу). Далее вход пускается паяльник, которым аккуратно расплавляется припой и припаиваются все вывода микросхемы.

Впаять SMD микросхему несколько трудней, однако также реально. Для этого нужно максимально точно совместить вывода микросхемы с выводами на плате. Опять же, все вывода согласно ключу.

Далее необходимо нанести по всему контуру контактов флюс-гель, после чего включить фен с температурой нагревания в 350 градусов, и расплавить горячим воздухом припой. Того припоя, что на плате уже достаточно для того, чтобы припаять новую микросхему.

А вот для пайки BGA микросхем понадобятся шарики припоя, которые наносятся на все посадочные места с использованием специального трафарета для пайки микросхем. После того, когда все ключи совмещены, а микросхема выставлена как надо, в работу задействуется фен с температурой нагревания до 360 градусов.

Как видно, припаять микросхему вполне реально. Однако для удобства и эффективности работы лучше всего не отказываться от покупки паяльной станции, поскольку управиться одним паяльником будет тяжеловато.

Пайка bga микросхем: подробная инструкция

Пайка bga микросхем

Выпаивание чипа

Удаление компаунда

Последовательность демонтажа

Пайка bga чипов

Нижний подогрев для пайки bga

Флюс для пайки bga

Термовоздушная паяльная станция

Паяльник для пайки

Микроскоп бинокулярный

Шарики bga

Качество пайки

Пайка bga микросхем

Как паять платы? Как расшифровывается BGA? На эти два часто задаваемых вопроса, во время прохождения курсов пайки, отвечают мастера Bgacenter.   От английского – ball grid arrey, то есть массив шариков, своим видом похожий на сетку. Шарики из припоя наносятся на микросхему через трафарет, затем потоком горячего воздуха, расплавляется сам припой и формируются контакты правильной формы.

Процесс пайки BGA состоит из определенной последовательности действий, соблюдая которую получаем качественное соединение. Но существует большое количество нюансов, ради которых и приезжают на обучение.

Начиная с того под каким углом и на каком расстоянии от платы держать сопло фена, температурные режимы демонтажа и монтажа микросхем, с какой стороны заводить лопатку. А при проведении диагностики, и наличии межслойного короткого замыкания ничего не нагревается.

Как в этом случае найти неисправный элемент или цепь? И много других тонкостей которые может знать действующий мастер сервисного центра. И тот кто может подтвердить свой уровень выполненными ремонтами.

Ремонт iPhone в Bgacenter

Выпаивание чипа

90 % успешности ремонта зависит от правильно выполненного демонтажа микросхем. Именно на этом этапе важно не оторвать пятаки и не повредить микросхему высокой температурой. А начинают выпаивание чипа, с удаления компаунда. 

Удаление компаунда

Компаунд – полимерная смола, обычно черного или коричневого цвета, применяемая при изготовлении системных плат телефонов. Назначение компаунда:

• Дополнительная фиксация радио компонентов и bga микросхем на плате
• Защита не изолированных контактов от попадания влаги
• Повышение прочности платы

Наиболее ответственные микросхемы, такие как: CPU, BB_RF, EPROM, NAND Flash, Wi-Fi в заводских условиях после установки, заливаются компаундом. И перед тем как выполнять демонтаж, необходимо очистить периметр от смолы.

Снятие компаунда

Последовательность демонтажа

1. Внимательно осмотреть плату, на предмет ранее выполнявшихся ремонтов.
2. Выполнить диагностику, произвести необходимые измерения.
3. Подготовить плату к пайке, удалить защитные экраны, наклейки. Отключить и убрать коаксиальный кабель.
4. Закрепить motherboard в соответствующем держателе.
5. Удалить компаунд вокруг демонтируемого чипа. Температура на фене при этом 210 – 240 градусов Цельсия. 
6. Установить теплоотводы. Место установки теплоотводов зависит от месторасположения выпаиваемой микросхемы.
7. Феном прогреть плату в течение нескольких секунд. Тем самым повышаем температуру платы, для того чтобы флюс растекался равномерно.
8. Для выпаивания чипа, нанести флюс Martin, или любой другой безотмывочный флюс, на поверхность микросхемы.
9. Направить поток горячего воздуха на выпаиваемый элемент. Температура при демонтаже  340 градусов Цельсия. Как понять, что припой расплавился и настало время убирать микросхему с платы? Для этого существует несколько способов:
   • Отслеживать время по секундомеру.
   • Отсчитывать  секунды про себя.
   • “Толкать” зондом или пинцетом саму микросхему или рядом расположенную обвязку (конденсаторы, резисторы или катушки). Как только отпаиваемый чип начнет сдвигаться, на доли миллиметра, настало время заводить лопатку под или воспользоваться пинцетом.
10. Подготовить контактную площадку. Для этого:
    • специальной лопаткой убрать остатки компаунда;
    • залудить сплавом Розе (температура плавления 94 градуса Цельсия) все без исключения контакты;
    • оплеткой собрать остатки припоя с рабочей поверхности;
    • после остывания motherboard до комнатной температуры, отмыть контактную площадку спиртом, БР-2 или DEAGREASER.
11. Для изменения состава заводского припоя могут использоваться легкоплавкие (низкотемпературные припои)
12. Плата подготовлена для установки исправной микросхемы.

Выпаивание микросхем/Soldering chips

Пайка bga чипов

Общий принцип пайки следующий, благодаря создаваемому поверхностному натяжению при расплавлении припоя, происходит фиксация микросхемы относительно контактной площадки на системной плате. Температура пайки bga микросхем на платах iPhone 290 – 340 градусов Цельсия.

Подготовка микросхемы:

1. Специальным ножом очистить компаунд.
2. Медной оплеткой 1 или 2 мм (зависит от геометрических размеров чипа) удалить остатки припоя.
3. Восстановить шариковые выводы. Существует два способа формирования выводов:
   • Паста bga через трафарет наносится на поверхность микросхемы (приоритетный метод) Используется в большинстве случаев.
   • Вручную, шариками BGA. Этот вариант подходит для чипов с малым количеством выводов, до 50. Хотя несколько лет назад, когда качество трафаретов оставляло желать лучшего) модемы на iPhone 5S накатывались вручную. То есть каждый шарик, зондом или пинцетом, устанавливался отдельно. А это 383 контакта, посчитали в ZXW. Если при распределении шариков на микросхеме присоединенной к трафарету, шары не фиксируются в отверстиях трафарета; это значит нанесено не достаточное количество флюса на микросхему.
4. Если работаем с пастой, обязательно после того как убрали трафарет, термовоздушной станцией прогреть микросхему, для формирования контактов правильной формы. Дополнительно для этих целей может использоваться мелкозернистая наждачная бумага, Р500 ГОСТ Р 52381-2005. 
5. Спиртом и зубной щеткой очистить микросхему.
6. Припаять чип на контактную площадку, установив его по ключу и зазорам.
7. При установки новой микросхемы (приобретенной у поставщика), обязательная процедура – перекатать чип на свинец содержащий припой. Это необходимо, для понижения температуры плавления припоя и уменьшения времени воздействия на плату высокой температурой.

Пайка bga/BGA soldering

Нижний подогрев для пайки bga

Для уменьшения времени воздействия на плату высоких температур используется подогревать плат. Рекомендуем моноблочный подогреватель печатных плат СТМ 10-6. Стабильное поддержание заданной температуры на всей площади нагревательного элемента способствует равномерному прогреву всей motherboard (зависит от модели подогревателя). И ещё одно из преимуществ перед другими термостолами, это удобная универсальная система креплений.

Термостол СТМ 10-6

Флюс для пайки bga

В интернете представлено огромное количество производителей флюсов. В Bgacenter применяется профессиональный безотмывочный флюс Martin. Следует обращать внимание на дату изготовления и срок годности флюса. Преимущества флюс-геля:

• безотмывочный (мы рекомендуем всё равно отмывать)
• удобный дозатор, отсюда высокая точность дозирования во время паяльных работ
• не выделяет неприятных запахов
• обеспечивает хорошее растекание припоя по основному металлу

Флюс Martin

Термовоздушная паяльная станция

Назначение станции Quick 861DE ESD Lead – пайка (демонтаж и монтаж) BGA микросхем и SMD компонентов. Преимущества этой станции:

• три режима памяти СН1, СН2, СН3;
• высокая производительность “по воздуху”, Quick 861DE подойдет для пайки плат и телефонов и ноутбуков;
• стабильность температуры.

Что бы можно улучшить в конструкции станции, это регулировка температуры не кнопками, а вращающимися регуляторами, как на Quick 857D (W)+.

 

 

Quick 861DE ESD Lead

Паяльник для пайки

PS-900 METCAL – индукционная паяльная система. Мощности паяльника 60 Вт вполне достаточно для работы с многослойными платами современной электроники. Опыт работы инженеров по ремонту телефонов именно с этим паяльником – 4 года. Какие отличительные особенности у PS-900:

• нет необходимости в калибровке,
• большой выбор наконечников,
• надежность станции, расходным материалом является индуктор. При ежедневной интенсивной пайке, замена индуктора в среднем 1 раз в 10 месяцев.

Паяльник индукционный

Микроскоп бинокулярный

Для начинающего мастера по ремонту телефонов хорошим вариантом будет микроскоп СМ0745. Бинокулярный микроскоп с фокусным расстоянием 145 мм (при установке рассеивающей линзы). Назначение системы линз, увеличение фокусного расстояния при сохранении рабочей зоны.

Преимущество СМ0745:

• Плавное увеличение, достигается использованием кремальеры.
• Линзовая система изготовлена из стекла, а не из пластика.
• Возможность укомплектовать голову микроскопа разными столиками и штативами.
• Увеличение до 45Х.    

Микроскоп для пайки плат

Шарики bga

Для пайки плат iPhone в основном применяются шарики припоя диаметр 0,2 мм. Обычно поставляются в стеклянной таре, по 10000 шаров в каждой банке.

Состав шариков из припоя:

• олово 63%,
• свинец 37%. 

Шарики bga

Качество пайки

После выполнения паяльных работ необходимо убедиться, что пайка bga выполнена качественно. Контроль осуществляется несколькими способами:

1. Визуальный. 
2. Измерительный.
3. Включением устройства.
4. Подключением к ноутбуку и проверке в 3uTools.

Подробно о методиках проверки, читайте в следующем материале. Например при диагностике цепи заряда iPad Air, подключением платы к ЛБП, при исправном TRISTAR потребление тока должно быть не более 0,07 Ампер.

Как припаять корпус qfn с помощью паяльника?

спросил 4 года, 2 месяца назад

Изменено 4 года, 2 месяца назад

Просмотрено 1к раз

\$\начало группы\$

У меня нет паяльной станции, но мне нужно припаять чип корпуса qfn, так как я припаиваю его с помощью обычного паяльника.

• пайка
• паяльная паста
• паяльная станция
• qfn
• горячий воздух

\$\конечная группа\$

5

\$\начало группы\$

Если на печатную плату еще не были установлены какие-либо детали (или, по крайней мере, ни одна снизу), вы можете попробовать сковороду. Нанесите паяльную пасту/флюс, поместите деталь и нагревайте, пока она не расплавится. Я не пробовал это лично (обычно я использую трафарет паяльной пасты и печь оплавления). Конечно, вы не должны больше использовать сковороду для еды, особенно если вы используете припой на основе свинца, но даже флюс может быть не особенно полезен.

Горячий воздух – еще один способ, но будьте осторожны с дешевым неуправляемым тепловым пистолетом, довольно легко поджарить FR4, не говоря уже о чипе с помощью 10-долларового фена для удаления краски (по крайней мере, я нашел это).

Если у вас нет паяльной пасты, можно обойтись лужением контактных площадок, нанесением большого количества жидкого флюса на микросхему и контактные площадки и нагревом до тех пор, пока микросхема не сядет на место. Если вы разработали контактные площадки в соответствии с рекомендациями и разместили чип близко к правильному положению, он должен быть выровнен с контактными площадками за счет поверхностного натяжения припоя.

\$\конечная группа\$

2

\$\начало группы\$

Обычно я наношу паяльную пасту на контактные площадки, кладу QFN на плату и оплавляю горячим воздухом. Методом проб и ошибок вы узнаете, сколько нужно нанести паяльной пасты, но на самом деле вам нужно совсем немного.

Я также видел, как это делается с помощью паяльника, следуя описанному выше процессу, но вместо того, чтобы нагревать устройство горячим воздухом, вы держите устройство на месте с помощью пинцета и нагреваете контакты по одному кончиком паяльник.

На Youtube можно найти множество видеороликов о том, как это сделать.

\$\конечная группа\$

Зарегистрируйтесь или войдите в систему

Зарегистрируйтесь с помощью Google

Зарегистрироваться через Facebook

Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но никогда не отображается

Опубликовать как гость

Электронная почта

Требуется, но не отображается

Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания и подтверждаете, что прочитали и поняли нашу политику конфиденциальности и кодекс поведения.

Пайка – udamonic.com

Пайка

​ После того, как ваша проектная печатная плата будет изготовлена ​​и тщательно проверена, чтобы убедиться, что все контактные площадки и дорожки не повреждены и правильно протравлены, выполняйте сборку шаг за шагом и проверяйте все в процессе работы. . С помощью мультиметра проверьте непрерывность цепи между контактами заземления и контактом питания на разъеме питания, чтобы убедиться в отсутствии короткого замыкания между шинами питания. Ничто не выпускает дым быстрее, чем короткое замыкание.

​Пары припоя токсичны, и их длительное воздействие вредно для здоровья. При пайке убедитесь, что ваше рабочее место хорошо проветривается. Возможно, также стоит инвестировать в экстрактор дыма. Ключом к качественной пайке является контроль температуры и количества припоя, попадающего на выводы компонентов. Слишком большое количество тепла может повредить компонент (особенно чувствительные интегральные схемы), а также привести к перегреву припоя. Прочтите спецификации, чтобы определить максимальную температуру (и продолжительность), которую могут выдержать компоненты, и убедитесь, что ваша пайка не превышает этого значения. Утюги с регулируемой температурой позволяют регулировать температуру, тем самым избегая перегрева. Жало вашего паяльника должно быть тонким, чтобы вы могли делать точную работу. Утюг старого образца с большим громоздким жалом (предназначенный для электромонтажных работ) не подходит для пайки электроники.

Всякий раз, когда вы припаиваете печатную плату, убедитесь, что она обесточена! Жало паяльника заземлено, и прикосновение к площадке с напряжением , а не — хорошая идея! Аналогичным образом, при установке или извлечении компонентов с разъемами убедитесь, что питание системы отключено. Большинству полупроводников не нравится, когда их подключают к работающей системе.

При пайке должно быть достаточно припоя, чтобы обеспечить хороший контакт, но не настолько, чтобы он вздулся или, что еще хуже, закоротил соседний контакт. Распространенными ошибками при пайке являются нагревание вывода компонента в течение нескольких секунд перед нанесением припоя (что приводит к перегреву компонента) или нанесение припоя непосредственно на утюг, а затем нанесение расплавленного припоя на контакт.

При пайке компонентов со сквозным отверстием (таких как микросхемы или разъемы в корпусе DIP) поместите компонент в соответствующее отверстие и убедитесь, что он установлен правильно и ровно. Для начала припаяйте только один контакт, затем убедитесь, что компонент все еще правильно установлен, прежде чем припаять остальные контакты. Взяв утюг в одну руку и тонкую нить припоя в другую, соедините их вместе так, чтобы они встретились на штифте, который нужно припаять. В течение секунды припой потечет вокруг стержня, и соединение будет хорошим. Как только припой начнет течь, снимите жало и нить припоя. Если вы используете микросхемы DIP, вместо того, чтобы впаивать микросхему непосредственно в схему, вместо этого припаяйте гнездо DIP. Это позволяет легко удалять/заменять чип, если это необходимо, без неудобств (и разочарований) от выпайки. Механически обработанные розетки, хотя и стоят дороже, более надежны и прослужат дольше.

Для пайки компонентов поверхностного монтажа требуется другая процедура. Если вы используете паяльную станцию, вам понадобится паяльная паста. Продается в большом шприце. Паяльная паста легко высыхает внутри шприца, поэтому обязательно запечатывайте его конец, когда он не используется. Прежде чем припаивать микросхему для поверхностного монтажа, нанесите тонкий слой паяльной пасты на каждый ряд контактных площадок на печатной плате. Если пасты слишком много, она может затечь под чип и вызвать короткое замыкание, поэтому нанесение должно быть легким. Вы всегда можете добавить небольшое количество позже.

Поместите микросхему на контактные площадки печатной платы и убедитесь, что она выровнена правильно, затем используйте ремонтную станцию ​​для подачи нагретого воздуха. Слишком сильный поток воздуха либо сдвинет микросхему с правильной ориентации, либо, что еще хуже, выдует паяльную пасту под нее. Поскольку паяльная паста электропроводна, это не очень хорошо. Слишком мало тепла приведет к плохой пайке соединений, тогда как слишком много тепла может легко перегреть и повредить микросхему. Сделать это правильно — это своего рода искусство, поэтому лучше серьезно попрактиковаться, прежде чем браться за настоящую работу.

Микросхемы для поверхностного монтажа также можно припаивать с помощью стандартного утюга, хотя это не рекомендуется для очень точно расположенных контактов микросхемы. В отличие от техники с паяльной станцией, паяльная паста наносится уже после того, как чип установлен на место. Для начала, прежде чем поместить микросхему на печатную плату, используйте утюг и припой или паяльную пасту, чтобы нанести небольшую каплю припоя непосредственно на одну из контактных площадок , где будет установлена ​​микросхема. Поместите чип на место, тщательно выровняв его, а затем используйте утюг, чтобы нагреть контакт, лежащий на пятне припоя. Мазок растает и зафиксирует чип на месте. Еще раз проверьте выравнивание, чтобы убедиться, что чип не сместился. Если это так, снова нагрейте штифт и осторожно переместите чип в нужное место. Когда вы будете довольны выравниванием, нанесите тонкий слой паяльной пасты на каждый ряд контактов и как можно дальше от края чипа. Слишком много пасты будет течь между булавками, образуя шорты, поэтому делайте ее легкой. Аккуратно и быстро проведите жалом паяльника по каждому ряду контактов. Паяльная паста будет плавиться и течь по мере продвижения, соединяя чип с печатной платой.

​Припой представляет собой металлический сплав, содержащий флюс для улучшения текучести. При нагревании припоя флюс обычно отделяется и вытекает на окружающую печатную плату, оставляя тонкий коричневый осадок. Избыток флюса можно удалить с помощью специальных растворителей, которые можно приобрести в большинстве магазинов и поставщиков электроники. Средства для удаления флюса могут быть неприятными, поэтому держите их подальше от кожи и пластика и используйте в хорошо проветриваемом рабочем месте. Остатки флюса удаляются только в косметических целях, благодаря чему ваши печатные платы выглядят более профессионально для ваших клиентов. Однако, поскольку это только для внешнего вида, и поскольку флюсовые растворители вредны ни для вас, ни для окружающей среды, если вы можете избежать их использования, сделайте это.

Начните сборку, впаяв разъем питания, регулятор напряжения и его вспомогательные компоненты, включая светодиод «питание», если вы включили его в свою конструкцию.

После того, как вы припаяли компоненты, необходимые для блока питания, включите плату и убедитесь, что она работает. Также убедитесь, что у вас есть питание на каждой контактной площадке на плате, где вы ожидаете питание, и проверьте заземляющие контактные площадки, чтобы убедиться, что питание отсутствует там, где вы ожидаете его отсутствие. Если ваша печатная плата предназначена для использования со встроенной системой, такой как Scamp, убедитесь, что эта система 9На данном этапе подключен 0094, а не .

Далее впаиваем силовые развязывающие конденсаторы для микросхем. Если есть осциллятор, проверьте его работу с помощью осциллографа. Имеет ли он правильную форму сигнала на выходе?

После того, как вы соберете достаточное количество оборудования и убедитесь, что напряжение является номинальным, выключите его и подключите к встроенной системе. Если вы используете Scamp, вы можете использовать Forth для интерактивной помощи в отладке.

Мысли об отладке

​
При проектировании вашей системы и разводке печатной платы помните, что вам придется ее отлаживать. Итак, проектируйте его с учетом отладки. Включите один или несколько светодиодов состояния. Они бесценны для отладки встроенного оборудования.

Вам также нужно будет смотреть на сигналы с помощью осциллографа, поэтому поместите заземляющий контакт на печатной плате, на который вы можете защелкнуться. Кроме того, убедитесь, что вы сможете подключить пробник осциллографа к каждой дорожке цепи на плате, чтобы проверить, что происходит. Если вы не можете добраться до дорожки, вы не можете посмотреть, нет ли проблем с этим конкретным сигналом.
​
Так что даже на этапе проектирования тщательно продумайте, как вы можете протестировать подсистемы и изолировать проблемы, а также обеспечить необходимую поддержку в вашем проекте.

Отладка — это не только наука, но и искусство. Можно до отказа загрузить верстак всяким дорогим тестовым оборудованием, но без логического подхода и ясного ума неуловимые баги никогда не найдутся. И наоборот, при «правильном мышлении» самые странные ошибки могут быть изолированы с помощью минимума инструментов. Хотя верно то, что чем сложнее тестируемая система, тем труднее выявить ошибку путем ее обнаружения, также верно и то, что самым передовым и полезным инструментом отладки, имеющимся в вашем распоряжении, является ваш собственный мозг. Поэтому научиться отлаживать — значит научиться думать тщательно и ясно.

Отладка оборудования может быть намного сложнее, чем отладка программного обеспечения. С кодом вы всегда можете добавить некоторую диагностику для проверки выполнения. Это не значит, что отладка программного обеспечения тривиальна — это далеко не так. Но с железом часто либо все работает, либо ничего не работает. Программное обеспечение имеет то преимущество, что его можно изящно ввести в эксплуатацию. Что касается аппаратного обеспечения, вам нужно, чтобы очень много работало с самого начала.

Суть отладки заключается в установлении того, что работает, а что нет. По мере усложнения ваших проектов поиск аппаратных и конструктивных ошибок может стать довольно сложной проблемой.

Например, встроенная система может не выводить символы через последовательный порт. Почему? Возможно, это ошибка в коде. Возможно неисправность кабеля. Возможно, интерфейсный чип был поврежден электростатическим разрядом. Возможно, есть несоответствие времени или проблема с уровнем напряжения. Возможно, сам процессор не выходит из сброса, а значит, вообще не выполняет код. Если это так, возможно, это цепь сброса при включении питания не срабатывает, или детектор отключения питания срабатывает, когда не должен. Возможно, линия передачи данных между процессором и последовательной микросхемой не подключена, возможно, из-за производственного брака на печатной плате. А может не правильно припаял. Возможно, ваш регулятор напряжения не работает должным образом, или, возможно, у вас неисправен блок питания. И это только очевидные причины, которые приходят на ум. Там прячутся тысячи других, с большими зубами и неприятным нравом.

Для любой проблемы существует множество возможных причин. Таким образом, отладка заключается в выявлении ошибки, и лучше всего это можно сделать с помощью подхода «20 вопросов». Используйте разделяй и властвуй, чтобы решить проблему.

Давайте возьмем приведенный выше пример проблемы с неисправным последовательным портом. Вы обнаружите проблему, когда впервые попытаетесь протестировать последовательный порт. Ваш простой тестовый код не может вывести символ. Проблема в софте или железе? Если с аппаратным обеспечением, проблема связана с кабелем, последовательным чипом (ами) или более фундаментальной проблемой с базовой системой? Сначала проверьте кабель и терминал (или хост-компьютер). Отсоедините кабель от встроенного компьютера и с помощью куска металла (подойдет лезвие отвертки) закоротите контакты два и три (Rx и Tx) на разъеме кабеля. Теперь наберите что-нибудь в терминале (или в программе терминала на ПК). То, что выходит из терминала, должно эхом вернуться через короткое замыкание и появиться на экране. Это скажет вам, есть ли неисправность кабеля и правильно ли настроен терминал.

Если это работает, значит, проблема в вашей встроенной системе. Замените ваш последовательный тестовый код кодом, который делает что-то более простое (например, покачивает линию цифрового ввода-вывода или мигает светодиодом). Это простое действие скажет вам о многом. (Архимед однажды сказал: «Дайте мне рычаг достаточной длины, и я переверну мир». Что ж, дайте мне индикатор состояния и достаточно времени, и я тоже отлажу мир!) Он скажет вам, выполняет ли ваш процессор код правильно, что, в свою очередь, показывает, что процессор и ПЗУ (если это отдельный чип) имеют питание и правильно взаимодействуют. Он показывает, что схема сброса, детектор пониженного напряжения, генератор, регулятор напряжения, декодер адреса и другая вспомогательная логика исправны. Если какой-либо из них неисправен, то процессор не будет выполнять код, и, следовательно, эта линия ввода-вывода не будет колебаться или этот светодиод не будет мигать. С помощью этого простого теста вы исключили множество возможных неисправностей.

В противном случае следует искать проблему в другом месте, например, проверить правильность работы генератора, сброса или регулятора напряжения. Разделяй и властвуй. Если тест пройден, то вина лежит на микросхеме серийного номера. Большинство последовательных микросхем имеют некоторые цифровые входы/выходы, которые можно настроить вручную (например, RTS). Напишите тестовый код, который это делает. Этот простой тест покажет, умеете ли вы разговаривать с чипом. Если тест пройден, вы знаете, что нужно посмотреть либо на ваше программное обеспечение для вывода символов, либо на драйвер RS-232. Если тест не пройден, то проблема заключается в общении с чипом. С помощью осциллографа проверьте выбор микросхемы и другие управляющие сигналы, поступающие на последовательную микросхему. Они активны? Являются ли они разумными? Напишите какое-нибудь программное обеспечение, которое постоянно «забивает» байт в регистр последовательного чипа. Хотя это и не имеет смысла для микросхемы последовательного порта, непрерывная запись одного и того же числа позволяет наблюдать за активностью шины.

Вы ожидаете увидеть указанную выше битовую последовательность на шине данных (и, что важно, на соответствующих контактах микросхемы последовательного интерфейса) в то же время, когда установлены выбор микросхемы и разрешение записи.
Это позволит вам обнаружить проблему с записью процессора в микросхему последовательного порта. В качестве альтернативы, если вы можете продемонстрировать, что можете правильно писать в микросхему, то проблема кроется либо в программном обеспечении, либо между последовательной микросхемой и последовательным разъемом.