利用串口與并口實現(xiàn)51內(nèi)核單片機的在線編程

摘要：詳細(xì)說明利用并口模擬I2C總線協(xié)議，實現(xiàn)Myson MTV230芯片的在線編程（ISP）過程，以及利用PC機的串口通信實現(xiàn)Winbond W78E516B的在線編程（ISP）過程；闡述PC機的串口與并口在單片機開發(fā)中的應(yīng)用。


關(guān)鍵詞：并口編程 串口通信 在線編程 ISP MTV230 W78E516B

引 言

1 在線編程簡介

　　51內(nèi)核的單片機在線編程模式一般分為兩大類。一類是使用JTAG協(xié)議的在線編程模式。這類模式一般由廠家提供在線編程工具，使用方便。使用這一類模式的單片機價格往往較高，使用的廠商也不多，故不在本文的討論之列。另一類在線編程模式是使用一條特殊的指令，使單片機進(jìn)入在線編程模式。在進(jìn)入在線編程模式后，要自己控制對單片機的擦除寫入邏輯。這一類模式又可細(xì)分為兩種不同的模式：一是進(jìn)入在線編程模式后，單片機只是提供一個接口，不再運行用戶的程序，擦寫邏輯全由上位機(PC)提供，如以下要討論的MTV230就屬于這種模式；另一類是進(jìn)入在線編程模式以后，芯片會運行在某一區(qū)域的用戶編寫的程序，芯片的編程邏輯都由芯片中這段程序控制，上位機(PC)只是作為單片機的一個數(shù)據(jù)源，向單片機傳輸要擦寫的數(shù)據(jù)，如以下要討論的W78E516B。

2 利用并口對MTV230在線編程的實現(xiàn)

2.1 MTV230簡介

　　MTV230是由Myson公司出品的一塊集成OSD功能的基于51內(nèi)核的芯片。它使用12MHz晶振時可以設(shè)置為倍頻工作，同時還集成了4路A/D和4路PWM DAC。其中最具競爭力的便是它使用了Flash OSD字庫。與一般的OSD芯片不同，它的字庫不是掩膜在芯片中，用戶可以自己定制。該款芯片可以滿足視頻應(yīng)用中的控制需求，因而被廣泛應(yīng)用于視頻類產(chǎn)品中。

2.2 MTV230在線編程模式的進(jìn)入

　　要使MTV230具有在線編程的功能，可以添加一段程序在主應(yīng)用程序中。該程序用來響應(yīng)特定的單片機狀態(tài)，如某一特定引腳的電平變化，或是串口接收到特定的字符以確定是否要進(jìn)入在線編程模式。在執(zhí)行以下程序后，MTV230可以進(jìn)入在線編程模式[1]：

① 清看門狗，以防止在編程期間單片機被復(fù)位；

② 單片機的在線編程模式是在空閑狀態(tài)(idle)下進(jìn)行的，所以要關(guān)閉所有中斷，防止單片機被喚醒；

③ 由于MTV230在線編程時是作為I2C的從設(shè)備，因而要配置單片機的I2C從地址；

④ 向ISPEN寫入0x93，使能在線編程功能；

⑤ 進(jìn)入51的空閑模式，在線編程開始。

具體程序如下：
WDT=0; //1
IE=0; //2
ISPSLV=0x7C; //3
ISPEN=0x93; //4
PCON=0x01; //5

　　 以上程序中1~5與上述說明對應(yīng)。以上將I2C地址設(shè)置為0x7C。值得注意的是，設(shè)置I2C從地址時，最低兩位無效[1]。執(zhí)行完以上程序，單片機已經(jīng)變?yōu)橐粋€I2C從設(shè)備，將I2C中SCL與芯片的15腳相連，SDA與芯片的16腳相連，就可以用I2C協(xié)議，按一定的命令格式對芯片進(jìn)行在線編程。命令格式詳見參考文獻(xiàn)[1]，在此不再贅述。

2.3 PC機I2C接口的實現(xiàn)

　　對MTV230進(jìn)行在線編程，就要實現(xiàn)I2C通信協(xié)議。作為對MTV230進(jìn)行編程的上位機PC來說，實現(xiàn)I2C有三種方法：

① 使用串口與單片機通信，再由單片機模擬I2C協(xié)議，成本高，I2C速度視使用的單片機而定；

② 對計算機的并口編程，模擬I2C協(xié)議，成本低，I2C速度一般；

③ 使用USB接口實現(xiàn)I2C協(xié)議，成本高，I2C速度快市場上可以買到。

　　由于MTV230進(jìn)行編程時，I2C時鐘速度最高為140kHz，速度要求不高，同時考慮到成本，決定使用方案②。

2.4 并口I2C硬件的實現(xiàn)

　　由于并口的每個引腳都是單向的，只能單向輸出或者單向輸入；而I2C又是一個雙向協(xié)議，SDA與SCL都要求既能輸入又能輸出(有時要獲取SCL當(dāng)前狀態(tài))，所以，SDA與SCL要分別各由一個輸出引腳與一個輸入引腳構(gòu)成。為了增加并口的驅(qū)動能力與可靠性，設(shè)計電路如圖1所示。其中并口的2、12引腳構(gòu)成SDA腳，并口的3、10引腳構(gòu)成SCL腳。
　　　　　　　
2.5 并口I2C軟件的實現(xiàn)

　　在Win98中對并口的編程非常簡單，通過在VC中內(nèi)嵌匯編，使用IN與OUT指令訪問與并口相對應(yīng)的端口，設(shè)置相對應(yīng)端口的值中的位就可以控制相應(yīng)并口引腳的高低電平值。

例如：要將計算機并口1的第2引腳先置高再置低，匯編語言可以這樣寫：
MOV DX ， 0x378 ;設(shè)置端口地址
MOV AL ， 1 ;將待寫入的位0的值寫入AL中
OUT DX ， AL ;將值送到相應(yīng)端口
MOV AL ， 0
OUT DX ， AL

　　但在Win2000/XP中，由于系統(tǒng)加強了對硬件設(shè)備的保護(hù)，假如在程序中直接用IN與OUT指令訪問并口，則會引發(fā)系統(tǒng)的非法操作；而并口訪問又不像串口，直接可以使用Windows API函數(shù)，因而就必須使用驅(qū)動程序。可以到www.sstnet.com網(wǎng)站上去下載DriverLINX Port I/O Driver并口驅(qū)動程序。該程序可以免費復(fù)制與分發(fā)。有了這個驅(qū)動程序，在Win2000/XP下編寫并口程序就十分方便。安裝該驅(qū)動程序后，在程序中包含相應(yīng)的dlportio.h與dlportio.lib后就可以用DlPortReadPortUchar(IN ULONG Port)來讀取端口的值(相當(dāng)于匯編中的IN指令)，用DlPortWritePortUchar(IN ULONG Port，IN UCHAR Value)來向一個端口寫一個特定的值(相當(dāng)于匯編中的OUT指令)。利用改變端口值中的一個位的值，可以使相應(yīng)并口引腳輸出高低電平，從而可以用其來模擬I2C協(xié)議，實現(xiàn)并口與單片機間的I2C通信。關(guān)于I2C協(xié)議，網(wǎng)上有很多資料，在此不再贅述。

2.6 程序說明

　　如前文所述，MTV230在進(jìn)入在線編程模式后，就相當(dāng)于一個I2C從設(shè)備，編程邏輯全都由在PC上運行的程序來實現(xiàn)。該程序采用VC6.0編寫。編程程序的主界面如圖2所示，主要模塊如表1所列。由于用并口模擬I2C對單片機編程，會使該線程暫時處在阻塞狀態(tài)，假如在主線程(UI)中實現(xiàn)該過程，則在對芯片編程時，程序的主界面就無法響應(yīng)用戶退出命令，所以采用了多線程程序結(jié)構(gòu)，在一個工作線程實現(xiàn)該過程，使用戶可以隨時退出編程過程。
　　　　　　　　　　
　　表1所列的頭三個類采用了層次設(shè)計結(jié)構(gòu)：上層類調(diào)用下層類，下層類為上層類提供接口，這樣設(shè)計保證了代碼的最大可重用性。舉例來說，假如有另一芯片同樣是使用I2C接口進(jìn)行在線編程，則只要重寫MTVISP這個芯片的在線編程協(xié)議類就可以了；如果使用前面所述的并口實現(xiàn)方案1或3，只要重寫最底層的Parallel類便可。
　　　　　　　
　　程序工作線程的大致流程如圖3所示。
　　　　　　　　
　　程序的特色：

① 可以自己設(shè)置I2C速度的高低，模擬I2C的并口地址，以及使用并口的引腳。

② 可以選擇簡單校驗和完全校驗，即對編程后的芯片是進(jìn)行內(nèi)部校驗寄存器值的簡單校驗，還是將
芯片中的內(nèi)容全部讀出與編程文件進(jìn)行比較的完全校驗。

③ 可以對芯片內(nèi)的程序區(qū)、OSD區(qū)進(jìn)行編程，還可以讀出這兩區(qū)的數(shù)據(jù)(只有對可以設(shè)定進(jìn)入在線編 程模式的程序才可以)。

④ 進(jìn)行燒寫的文件支持二進(jìn)制文件格式(*.bin)與Intel的Hex文件格式(*.hex)。

3 利用串口對W78E516B在線編程的實現(xiàn)

3.1 W78E516B簡介

　　W78E516B是由Winbound公司出品的基于52內(nèi)核的高性能芯片，外部晶振可以達(dá)到40MHz，內(nèi)部具有64KB的程序區(qū)與4KB的引導(dǎo)程序區(qū)，以及256B的RAM區(qū)和256B的AUX-RAM區(qū)。AUX-RAM區(qū)相當(dāng)于外部存儲區(qū)，進(jìn)行寄存器設(shè)置后，用MOVX指令進(jìn)行訪問。在Keil編譯器中，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置便可使用pdata類型變量訪問。

3.2 W78E516B在線編程模式的進(jìn)入

　　W78E516B在線編程模式的進(jìn)入可以分為兩種模式：一種為軟件模式，另一種為硬件模式。當(dāng)芯片進(jìn)入在線編程模式后，芯片會從現(xiàn)在的64KB程序區(qū)跳轉(zhuǎn)到4KB的引導(dǎo)區(qū)的0x00地址處去執(zhí)行程序。如前文所述，該類型芯片的在線編程邏輯都是由在這4KB引導(dǎo)區(qū)中的程序決定的，而上位機(PC)只是為在線編程提供一個數(shù)據(jù)源。

(1)軟件進(jìn)入模式

① 向CHPERN寄存器依此寫入0x87，0x59開啟CHPCON寄存器的寫模式。

② 關(guān)閉中斷。

③ 向CHPCON寫入0x03表示進(jìn)行程序區(qū)編程。

④ 向CHPCRN寫入0x00關(guān)閉CHPCON寄存器寫模式。

⑤ 設(shè)置好定時器為延時12μs引發(fā)中斷。

⑥ 將單片機轉(zhuǎn)入空閑模式，開啟中斷。
例如：將以下程序嵌入主循環(huán)中，當(dāng)串口收到字符“A”時便進(jìn)入在線編程模式：
if(B_Temp==‘A’{//B_Temp中存放從串口接收到的數(shù)
TR0=0; //停止定時器
TH0=TL0=256-250; //設(shè)置定時器定時值
CHPENR = 0x87; //開啟CHPCON寫模式
CHPENR = 0x59;
CHPCON|=0x03; //開啟編程功能
CHPENR=0x00; //關(guān)閉CHPCON寫模式
TR0=1; //開啟定時器
PCON=0x01; //轉(zhuǎn)入空閑模式
}

(2)硬件進(jìn)入模式

　　如表2所列，將相應(yīng)引腳設(shè)置為相應(yīng)電平，在進(jìn)行復(fù)位以后也可進(jìn)入在線編程模式。值的注意的是，在芯片正常工作時應(yīng)避免誤入在線編程模式，否則后果不堪設(shè)想。表2中L代表低電平，X代表任意電平。
　　　　　　　　　　　　　　
3.3 W78E516B在線編程的實現(xiàn)

(1)單片機引導(dǎo)區(qū)程序

　　W78E516B在線編程邏輯主要在這部分程序中實現(xiàn)。在參考文獻(xiàn)[2]中的最后有一個示例程序，它是從外部的SRAM中讀取數(shù)據(jù)對64KB程序區(qū)進(jìn)行編程。將其改寫一下，變?yōu)閺拇谧x入數(shù)據(jù)。對程序區(qū)進(jìn)行更新，大致流程與示例程序相同，代碼也大致相同。有興趣的朋友可以自行閱讀文獻(xiàn)[2]中的程序源文件，在此只列出關(guān)鍵的更改處：
;使用24MHz晶振
;使用WAVE編譯程序
;其中R3存有待寫入數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)-1的高16位
;其中R4存有待寫入數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)-1的低16位
JMP PROG_D_64K
PADJUEST:
INC R2 ;將低位地址增加1
CJNE R2，#00H，PROG_D_64K
INC R1 ;低位進(jìn)位時將高位增加1
MOV SFRAH，R1 ;改變高位地址
PROG_D_64K:
MOV SFRAL，R2 ;將低位地址放入
JNB RI，$ ;從串口接收一個待寫入的字節(jié)
MOV A，SBUF
CLR RI
MOV SFRFD，A ;將待寫入的值放入
MOV TCON，#10H ;開啟定時器
MOV PCON，#01H ;CPU進(jìn)入IDLE狀態(tài)(進(jìn)行編程)
CLR C ; 比較R3、R4，看是否寫入完成
MOV A，R4
SUBB A，R2
JNZ PADJUEST
CLR C
MOV A，R3
SUBB A，R1
JNZ PADJUEST

(2)PC機程序

　　PC機程序為單片機提供一個數(shù)據(jù)源。該數(shù)據(jù)是通過PC機的串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。程序由VC6.0編寫，串口通信使用的是VC自帶的串口控件MSCOMM。由于MSCOMM的接收數(shù)據(jù)是以消息形式，同時在該程序中接收的數(shù)據(jù)量很小，而發(fā)送數(shù)據(jù)為阻塞模式，所以新開一個工作線程用于發(fā)送數(shù)據(jù)，而接收數(shù)據(jù)與主線程合并。程序整體采用狀態(tài)機模式。單片機進(jìn)行擦除、編程、校驗等各個狀態(tài)時，都通過串口向PC機發(fā)送狀態(tài)字，PC機通過接收狀態(tài)字來決定單片機現(xiàn)在的工作狀態(tài)，并決定要向單片機提供的數(shù)據(jù)。同時主線程中有一定時器，假如在特定時間內(nèi)單片機無應(yīng)答，或應(yīng)答有誤，則報錯，停止單片機的編程過程。值得注意的是，由于使用了MSCOMM控件，在未裝VC6.0的機器上運行該程序要將源文件SYSTEM目錄中的三個文件拷貝到system32系統(tǒng)目錄下。程序主界面如圖4所示。PC機與單片機通信的工作流程如圖5所示。
　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　
程序特色：
① 可以設(shè)定使用的串口與通信的波特率。(與其相應(yīng)的4KB引導(dǎo)區(qū)中的程序也要相應(yīng)修改)。
② 可以設(shè)定使單片機進(jìn)入在線編程模式的字符命令。
③ 進(jìn)行燒寫的文件支持二進(jìn)制文件格式(*.bin)與Intel的Hex文件格式(*.hex)。

4 結(jié) 論

　　使用并口模擬I2C程序可以方便地對板上的MTV230芯片進(jìn)行在線編程，使用串口為W78E516B提供數(shù)據(jù)源也可方便地對其進(jìn)行編程，兩者均經(jīng)過實踐檢驗，程序完全達(dá)到預(yù)期目的。使用芯片的在線編程技術(shù)，方便了芯片程序的更新，降低了產(chǎn)品的維護(hù)成本。