STC系列單片機(jī)不斷電下載程序應(yīng)用技術(shù)

摘要 針對(duì)單片機(jī)下載程序時(shí)需要重復(fù)機(jī)械式復(fù)位產(chǎn)生的一系列調(diào)試繁瑣的問(wèn)題，提出了一種用軟件引導(dǎo)代替單片機(jī)硬件復(fù)位寫(xiě)入ROM的方法。該方法通過(guò)檢測(cè)串口數(shù)據(jù)流是否合法，來(lái)判斷是否執(zhí)行ISP引導(dǎo)程序，從而利用軟件方式復(fù)位，可以讓STC單片機(jī)復(fù)位后從ISP引導(dǎo)程序處執(zhí)行，利用該特性可以模擬單片機(jī)上電復(fù)位狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的不斷電下載。
關(guān)鍵詞 STC單片機(jī)；ISP引導(dǎo)程序；不斷電下載；軟件設(shè)計(jì)

    隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)片內(nèi)存儲(chǔ)器的容量越來(lái)越大，可以容納越來(lái)越大的程序。由于程序越來(lái)越復(fù)雜，在程序調(diào)試過(guò)程中需要不斷進(jìn)行硬件復(fù)位來(lái)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(shí)調(diào)試實(shí)現(xiàn)中還是比較繁瑣，因此人們?cè)趯で笠环N用軟件代替硬件的復(fù)位方法來(lái)調(diào)試下載程序，近而在工程實(shí)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(dú)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(jiǎn)單實(shí)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(jiǎn)介
    STC單片機(jī)的復(fù)位方法分為熱啟動(dòng)和冷啟動(dòng)兩種：冷啟動(dòng)是系統(tǒng)斷電后再上電的硬件復(fù)位；熱啟動(dòng)分為3種：一種是reset引腳復(fù)位，一種是內(nèi)部看門(mén)狗復(fù)位，一種是ISP引導(dǎo)區(qū)復(fù)位。熱啟動(dòng)中的reset復(fù)位是reset引腳接受到復(fù)位信號(hào)直接從用戶區(qū)執(zhí)行，內(nèi)部看門(mén)狗是在外界電磁干擾致使程序跑飛時(shí)發(fā)出一個(gè)復(fù)位信號(hào)，使程序地址指針移動(dòng)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(shí)才執(zhí)行的程序存儲(chǔ)區(qū)，當(dāng)程序執(zhí)行到ISP引導(dǎo)區(qū)時(shí)，如果系統(tǒng)沒(méi)有檢測(cè)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(cè)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(dòng)的過(guò)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(méi)有檢測(cè)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。

1．2 軟件實(shí)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(shí)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(shí)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(jì)，具體過(guò)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(méi)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。

2 在線下載接口電路
    圖3為STC89C52與RS232串口的連接電路圖，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(shí)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(dòng)器／接收器，每個(gè)接收器將RS-232電平轉(zhuǎn)換為5 VTTL／CM OS電平。其中，RS-232在現(xiàn)代應(yīng)用中由標(biāo)準(zhǔn)的25線簡(jiǎn)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(shí)現(xiàn)上位機(jī)、轉(zhuǎn)換芯片、單片機(jī)的相互通信。

3 不斷電下載程序設(shè)計(jì)
    在單片機(jī)和PC機(jī)通訊并實(shí)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(shí)際發(fā)送命令一致；再次是設(shè)置串口發(fā)送命令等待時(shí)間，這可以通過(guò)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)；最后為下位機(jī)接收發(fā)送自定義指令判斷，實(shí)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(shí)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(yàn)，具體設(shè)置如圖4所示。

3．2 定時(shí)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11．0 59 2 MHz，經(jīng)12分頻后得到計(jì)數(shù)器記—個(gè)數(shù)的時(shí)間為12／11．059 2 MHz，定時(shí)器T1溢出一次的時(shí)間為(256-X)×12／11 059 200，所以T1的溢出率為11 059 200／[12×(256-X)]，因?yàn)椴ㄌ芈什恍枰颖?，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。減少了程序的冗余性，定時(shí)器的工作方式設(shè)定為2，定時(shí)器自動(dòng)重裝，不必寫(xiě)定時(shí)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(yǔ)句為：#define seffdecide_download_commond0x8E。0x8E是用戶任意定義的下載指令，但最多不能超過(guò)0xFF，因?yàn)镮SP_CONTR寄存器只有8位。接著進(jìn)行ISP_CONTR的地址定義，通過(guò)查STC89C52的用戶手冊(cè)，其語(yǔ)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(yǔ)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(shí)時(shí)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(hào)為4，首先要檢驗(yàn)中斷標(biāo)志位RI，如果RI置1，說(shuō)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(shí)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(qǐng)。
3．6 延時(shí)子函數(shù)
    串口接收數(shù)據(jù)有1 s的延時(shí)時(shí)間，所以需要加延時(shí)子函數(shù)，代碼如下：
    Void delayl s()
    {
      Int p，q；
      For(p=1000；p>0；p--)
      For(q=100；q>0；q--)；
    }

4 結(jié)束語(yǔ)
    介紹了STC系列單片機(jī)不斷電下載程序的程序設(shè)計(jì)思路及方法，運(yùn)用STC單片機(jī)獨(dú)有的ISP引導(dǎo)區(qū)對(duì)軟件模擬硬件復(fù)位實(shí)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(dòng)復(fù)位硬件開(kāi)關(guān)。此方法在大的程序編寫(xiě)調(diào)試過(guò)程中能節(jié)省大量時(shí)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(dòng)頻繁的復(fù)位操作，減少工作量。