STC系列單片機(jī)不斷電下載程序應(yīng)用技術(shù)

付文悅，黃 民

(北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京 100192)

隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)片內(nèi)存儲器的容量越來越大，可以容納越來越大的程序。由于程序越來越復(fù)雜，在程序調(diào)試過程中需要不斷進(jìn)行硬件復(fù)位來下載程序，雖然在線下載程序的方法已經(jīng)普遍應(yīng)用，但在現(xiàn)實調(diào)試實現(xiàn)中還是比較繁瑣，因此人們在尋求一種用軟件代替硬件的復(fù)位方法來調(diào)試下載程序，近而在工程實際中更加快捷方便地進(jìn)行程序?qū)崿F(xiàn)。因此，文中提出了一種軟件復(fù)位單片機(jī)的方法，即利用STC單片機(jī)獨有的ISP引導(dǎo)區(qū)，用特殊的指令使調(diào)試好的程序從ISP引導(dǎo)區(qū)執(zhí)行，避免頻繁地硬件復(fù)位，而且簡單實用。

1 軟件復(fù)位單片機(jī)的工作原理

1.1 STC單片機(jī)復(fù)位方法簡介

STC單片機(jī)的復(fù)位方法分為熱啟動和冷啟動兩種:冷啟動是系統(tǒng)斷電后再上電的硬件復(fù)位;熱啟動分為3種［4］:一種是reset引腳復(fù)位，一種是內(nèi)部看門狗復(fù)位，一種是ISP引導(dǎo)區(qū)復(fù)位。熱啟動中的reset復(fù)位是reset引腳接受到復(fù)位信號直接從用戶區(qū)執(zhí)行，內(nèi)部看門狗是在外界電磁干擾致使程序跑飛時發(fā)出一個復(fù)位信號，使程序地址指針移動到00H，產(chǎn)生和reset復(fù)位相同的效果，ISP引導(dǎo)區(qū)復(fù)位是一種只有在系統(tǒng)上電時才執(zhí)行的程序存儲區(qū)，當(dāng)程序執(zhí)行到ISP引導(dǎo)區(qū)時，如果系統(tǒng)沒有檢測到合法的數(shù)據(jù)流，則直接執(zhí)行用戶程序區(qū);如果系統(tǒng)檢測到合法的數(shù)據(jù)流，則先下載程序，再執(zhí)行用戶程序區(qū)。單片機(jī)啟動的過程為:先給斷電的單片機(jī)通電，進(jìn)行STCISP下載，然后執(zhí)行用戶程序，或者沒有檢測到合法的數(shù)據(jù)流，然后直接執(zhí)行用戶程序區(qū)。其流程圖如圖 1 所示［5］。

圖1 單片機(jī)的啟動過程

1.2 軟件實現(xiàn)不斷電下載的工作原理

STC單片機(jī)ISP_CONTR是單片機(jī)進(jìn)行軟復(fù)位的控制寄存器，其地址為E7H，進(jìn)行ISP_CONTR定義后，再自定義串口接受的數(shù)據(jù)流。然后進(jìn)行串口初始化和定時器初始化，串口初始化的波特率和具體工作方式要與下載軟件一致，定時器設(shè)置初值任意，在軟件中保證1 s即可。串口中斷子程序設(shè)計，具體過程為:當(dāng)串口接受數(shù)據(jù)后，把SBUF中的數(shù)據(jù)和用戶自定義數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。如果一致，賦值給ISP_CONTR使單片機(jī)復(fù)位;如果沒有接受到合法數(shù)據(jù)流，則繼續(xù)執(zhí)行用戶程序。具體流程如圖2所示［5］。

圖2 不斷電下載程序流程

2 在線下載接口電路

圖3為STC89C52與RS232串口的連接電路圖［1］，RS232為負(fù)邏輯電平，所以單片機(jī)在與上位機(jī)進(jìn)行通信時需要邏輯轉(zhuǎn)換，圖3所使用的轉(zhuǎn)換芯片為MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口芯片，使用+5 V供電，內(nèi)部為爽組驅(qū)動器/接收器，每個接收器將RS-232電平轉(zhuǎn)換為5 V TTL/CMOS電平。其中，RS-232在現(xiàn)代應(yīng)用中由標(biāo)準(zhǔn)的25線簡化為發(fā)送線、接收線、地線三線傳輸。串口的發(fā)送和接收線分別與 RS-232的R1IN和T1OUT相連，MAX-232的R1OUT和T1IN分別與單片機(jī)的P3.0和P3.1相連，實現(xiàn)上位機(jī)、轉(zhuǎn)換芯片、單片機(jī)的相互通信。

圖3 RS232轉(zhuǎn)TTL電路

3 不斷電下載程序設(shè)計

在單片機(jī)和PC機(jī)通訊并實現(xiàn)不斷電下載，首先要設(shè)置好串口通信協(xié)議，例如串口接受與發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率，串行口的工作方式，串行口接收與發(fā)送的數(shù)據(jù)幀格式;其次是定義自定義下載命令，并與實際發(fā)送命令一致;再次是設(shè)置串口發(fā)送命令等待時間，這可以通過單片機(jī)內(nèi)部定時器來實現(xiàn);最后為下位機(jī)接收發(fā)送自定義指令判斷，實現(xiàn)軟復(fù)位。

3.1 串口通訊協(xié)議初始化

首先設(shè)置波特率，根據(jù)STC單片機(jī)的晶振頻率和STC芯片性能，設(shè)波特率為9 600 bit·s-1，波特率由定時器的溢出率控制。然后設(shè)置串行口的通信協(xié)議，如數(shù)據(jù)位位數(shù)、停止位位數(shù)以及是否奇偶校驗，具體設(shè)置如圖4所示。

圖4 串口通訊協(xié)議

3.2 定時器的設(shè)置

波特率為9 600 bit·s-1，在串口工作方式2的情況下，根據(jù)方式2的波特率=(2SMOD/32)*(T1溢出率)。假設(shè)單片機(jī)的晶振頻率為11.059 2 MHz，經(jīng)12分頻后得到計數(shù)器記一個數(shù)的時間為12/11.059 2 MHz，定時器T1溢出一次的時間為(256-X)×12/11 059 200，所以T1的溢出率為11 059 200/［12×(256-X)］，因為波特率不需要加倍，所以 SMOD=0。根據(jù)公式得，9 600=(1/32)×11 059 200/［(256-X) ×12］，解得X=253，轉(zhuǎn)換成16 進(jìn)制數(shù)為0Xfd［1］。減少了程序的冗余性，定時器的工作方式設(shè)定為2，定時器自動重裝，不必寫定時器中斷子程序。

3.3 初始化子程序

3.4 用戶自定義下載命令

定義語句為:#define selfdecide_download_commond 0x8E。0x8E是用戶任意定義的下載指令，但最多不能超過0xFF，因為ISP_CONTR寄存器只有8位。接著進(jìn)行ISP_CONTR的地址定義，通過查STC89C52的用戶手冊，其語句為sfr ISP_CONTR=0xE7。

3.5 串口接收合法數(shù)據(jù)程序

單片機(jī)的工作原理是循環(huán)掃描，即使不加大循環(huán)while語句，用戶程序也總是一遍一遍地執(zhí)行，所以用戶程序需要時時刻刻掃描是否是合法數(shù)據(jù)流的出現(xiàn)。串口中斷的編號為4，首先要檢驗中斷標(biāo)志位RI，如果RI置1，說明上位機(jī)向單片機(jī)的串口發(fā)送指令;隨后指令內(nèi)容被傳送到單片機(jī)的SBUF中，判斷SBUF中的命令內(nèi)容是否和用戶自定義的命令一致。如果一致，直接向ISP_CONTR中賦特定的值使程序指針指到ISP引導(dǎo)區(qū)，實現(xiàn)程序的軟復(fù)位;如果不一致，使TI清零，以便下一次中斷申請。

3.6 延時子函數(shù)

串口接收數(shù)據(jù)有1 s的延時時間，所以需要加延時子函數(shù)，代碼如下:

4 結(jié)束語

介紹了STC系列單片機(jī)不斷電下載程序的程序設(shè)計思路及方法，運(yùn)用STC單片機(jī)獨有的ISP引導(dǎo)區(qū)對軟件模擬硬件復(fù)位實現(xiàn)單片機(jī)的不斷電下載程序，省去了編程器的頻繁插拔件或者頻繁的手動復(fù)位硬件開關(guān)。此方法在大的程序編寫調(diào)試過程中能節(jié)省大量時間，但也降低了串行口的使用效率。本例適合運(yùn)用在使用串行口較低的情況下，并且在調(diào)試的情況下可以省去手動頻繁的復(fù)位操作，減少工作量。

［1］郭天祥.51單片機(jī)C語言教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2010.

［2］求是科技.8051系列單片機(jī)C程序設(shè)計完全手冊［M］.北京:人民郵電出版社，2006.

［3］丁向榮.STC系列增強(qiáng)型8051單片機(jī)原理與應(yīng)用［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2011.

［4］鄒麗娟.淺談MCS-51系統(tǒng)軟復(fù)位［J］.前沿學(xué)術(shù)論壇，2010(8):256-257.

［5］宏晶科技.STC Microcontroller Handbook［M］.深圳:深圳宏晶科技有限公司，2007.

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