單片機(Microcontroller，MCU) 又稱為微控制器或嵌入式控制器，體積雖小，但使用方便，應用范圍廣泛，在如通訊設備、智能化管理、醫療設備及工業自動化等應用中都能看到它的身影。

雖然單片機系統結構簡單，但是面對單片機“死機”，有時就像生活中會遇到的高山深谷，可能讓你花大半天時間，也百思不得其解。

在這里筆者嘗試分享一些我們在做技術支持時曾經遇見的典型問題——如時鐘信號、供電電壓、電流耗量和應用程序等，我們可以利用一些簡易方法去尋找解決這些問題的可能性。

不同單片機的規格可能略有不同，除了可能有不同的核心處理器，還有可能有不同的RAM容量、不同的串口接口、不同的速度、不同的電壓等等。

圖1，Digi-Key的微控制器產品索引，是查找單片機資料的快速通道

時鐘信號

無論是晶體振蕩器（簡稱晶振），或是內部時鐘振蕩器，都可以為單片機提供時鐘信號。單片機會按時鐘信號執行一個又一個儲存器內的指令，進行既定的正常工作。一旦時鐘信號不正常，單片機則不能正常控制。

要檢查時鐘信號，可以先觀察單片機系統的時鐘或其他模塊（如定時器或ADC）是否存在并正常工作，以確定其邏輯正常操作。譬如TIMSP430FR2000工作下，系統的時鐘可高達24MHz。

圖2，TI MSP430FR2000單片機不同工作模式比較

進行時鐘信號檢查，最簡單的方法是先將時鐘切換到相關的GPIO引腳，并使用數字示波器進行測量，看看時鐘信號波形的幅度和周期。如果沒有時鐘信號或振蕩不正常，可嘗試更換晶振或檢查內部時鐘設定。如果仍不正常，單片機內部可能出現問題。

供電電壓

常見單片機的供電電壓是+5V，詳情可查看單片機數據手冊上的資料，或是參考Digi-Key網站內產品頁的資料。

檢查單片機的供電電壓，可以從單片機供電引腳看看供電電壓是否正常。最好的方法是使用具有足夠帶寬的數字示波器，以便有效看到任何意外的電壓瞬變。

若單片機發現是0V或低于正常工作電壓，可以嘗試先將該引腳與供電端斷開。斷開后，如果供電端電壓恢復正常，則很大機會是單片機的電路出現問題；如果斷開后，供電端電壓仍不正常，則是供電的電路出現故障。

圖3，通過數字示波器查看單片機供電電壓

電流耗量

如果發現單片機的電流耗量相比其低功耗模式的電流消耗低很多，單片機可能處于睡眠模式而沒有工作。在這種情況下，可能是由于時鐘或輸入相關的故障，導致某些中斷無法觸發。

有些時候，如果單片機的電流耗量高得驚人，可能是物理損壞，這會導致單片機異常運行或閂鎖情況。在這種情況下，可以嘗試利用復位信號來區分是單片機已經永久性損壞或是出現閂鎖問題。

下圖是有關TI MSP432P401單片機正常復位期間的電流消耗。

圖5，TI MSP430P401單片機正常復位期間電流消耗

應用程序

在執行應用程序時，其中一個常見故障是單片機輪詢問題 (Polling) 。

這是由于應用程序中的循環設計，不斷要求單片機輪詢某些信號或等待某些輸入信號；也可能是產生了沖突，導致循環條件一直無法滿足。當然，這些都是為了讓單片機一直保持在我們需要運行的情況，但可能會引致莫名奇妙的死機。例如，當ADC回路僅等待來自外部傳感器輸入的指定信號時，由于外部傳感器無法按預期輸出信號，可能使單片機死機。

經驗總結

要排除單片機故障，就要按單片機的特性一一排查，還需要耐心及縝密的思考設計，如此操作單片機故障應該可以一步一步解決。