P89V51RD2單片機(jī)的自調(diào)試與在線編程

    傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中總是離不開仿真器和編程器。隨著電子和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，單片機(jī)技術(shù)也得到了空前的發(fā)展。部分16位單片機(jī)和32位ARM微控制器都帶有JTAG接口，通過各自不同的專用硬件工具在指定的軟件集成開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行在線調(diào)試和編程。某些片內(nèi)集成Flash存儲器、基于MCS-51增強(qiáng)內(nèi)核的8位單片機(jī)可以通過專用接口和獨(dú)有的專用硬件工具在指定的軟件集成開發(fā)環(huán)境中進(jìn)行在線調(diào)試和編程。如果能夠在眾多單片機(jī)中找到一款在通用接口下實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和編程的單片機(jī)，將對簡化MCS-51內(nèi)核的8位單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)和進(jìn)一步普及具有極其重要的意義。
    NXP公司(原Philips半導(dǎo)體公司)是最早獲得MCS-51技術(shù)授權(quán)的公司，也是后繼發(fā)展MCS-51內(nèi)核8位單片機(jī)產(chǎn)品最多、最系統(tǒng)的公司。P89V51RD2單片機(jī)是其推出的新一代基于MCS-51內(nèi)核的8位單片機(jī)，內(nèi)部集成64 KB Flash程序存儲器和1 KB RAM數(shù)據(jù)存儲器，具有自調(diào)試(SoftICE)、在系統(tǒng)編程(ISP)和在應(yīng)用編程(IAP)功能，這些功能都是在RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口下實(shí)現(xiàn)。采用P89V51RD2單片機(jī)，可以通過UART標(biāo)準(zhǔn)接口在KeilμVision編程環(huán)境下用KeilMonitor-51 Driver直接連接系統(tǒng)硬件來調(diào)試程序。完成調(diào)試后，在FlashMagic工具軟件下進(jìn)行編程。
    本文介紹了采用P89V51 RD2的最新技術(shù)在單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用思想和方法。采用這種方法可省去傳統(tǒng)單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中必需的仿真器和編程器，提高了開發(fā)過程中的程序設(shè)計效率，增強(qiáng)了最終系統(tǒng)的軟件維護(hù)和升級能力。


1 在線調(diào)試和編程功能的硬件電路設(shè)計
    P89V51RD2單片機(jī)SoftICE和ISP功能的電路接口較為簡單，但為了兼容NXP公司其他能夠在+5 V下實(shí)現(xiàn)ISP功能的Flash單片機(jī)的在系統(tǒng)編程功能，實(shí)現(xiàn)在線調(diào)試和在系統(tǒng)編程的接口電路原理圖如圖1所示。



    在圖1所示的電路中，通過標(biāo)準(zhǔn)的串口通信線將PC與其相連，當(dāng)SELECT開關(guān)將P89V51RD2單片機(jī)的PSEN引腳連接到+5 V時，單片機(jī)處于正常工作狀態(tài)；當(dāng)SELECT開關(guān)將PSEN引腳連接到地時，單片機(jī)處于ISP狀態(tài)，F(xiàn)lashMagic工具軟件對+5 V可編程的Flash單片機(jī)進(jìn)行在線編程。


2 程序調(diào)試仿真的實(shí)現(xiàn)
    P89V51RD2單片機(jī)在激活SoftICE功能后就可以實(shí)現(xiàn)對程序的單步仿真調(diào)試、多步仿真調(diào)試及全速運(yùn)行下的仿真調(diào)試。仿真調(diào)試主要分為3步：激活P89V51RD2的SoftICE功能、設(shè)置硬件仿真環(huán)境和調(diào)試程序。
2．1 SoftICE功能
    SoftICE功能的激活需要FlashMagic軟件的支持，F(xiàn)lashMagic軟件可從NXP公司或其他相關(guān)網(wǎng)站下載。目前支持51單片機(jī)的FlashMagic的最高版本為V3．54，高版本主要用于支持NXP公司的ARM器件，對該公司的51器件不支持。
    在含有圖1所示接口電路的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，首先用SELECT開關(guān)將單片機(jī)的PSEN引腳連接到+5 V，然后啟動FlashMagic軟件，在主界面中配置各參數(shù)為：COMPort——根據(jù)具體連接而定，通常為COM1或COM2；BaudRate——9 600，這是由P89V51RD2內(nèi)部固件所確定的；Device——P89V51RD2；Interface——None(ISP)。在ISP菜單下選擇“Enable SoftICE”命令項(xiàng)，進(jìn)行SoftICE功能的激活。
2．2 設(shè)置硬件仿真環(huán)境
    單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)程序的編譯和仿真在。KeilμVision環(huán)境下進(jìn)行，在調(diào)試程序之前，需要對工程進(jìn)行Debug設(shè)置，選擇軟件仿真或硬件仿真。軟件仿真使用計算機(jī)來模擬程序的運(yùn)行，不需要建立硬件平臺就可以快速得到某些運(yùn)行結(jié)果；硬件仿真是最準(zhǔn)確的仿真方法，必須建立硬件平臺，通過PC機(jī)→硬件仿真器→用戶目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。采用硬件仿真的方法，硬件平臺即為帶有圖1所示接口電路的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)置硬件仿真環(huán)境的具體操作步驟如下：
    首先，點(diǎn)擊所建工程：Project菜單中的Options for Target‘Targer 1’，出現(xiàn)工程的配置窗口，點(diǎn)擊Debug設(shè)置，選擇KeilMcmitor-51 Driver，具體參數(shù)設(shè)置如圖2所示。



    然后，設(shè)置仿真器參數(shù)。建議波特率設(shè)置范圍300～38 400。為避免程序中的中斷和Keil硬件仿真環(huán)境中的中斷互相沖突，不選擇“Stop ProgramExecution with SerialInterrupt”。仿真器參數(shù)的設(shè)置如圖3所示。



    完成P89V51RD2單片機(jī)的SoftICE功能激活和在Keil μVision環(huán)境中的硬件仿真環(huán)境設(shè)置后，可以進(jìn)行程序的調(diào)試仿真。


3 在系統(tǒng)編程的實(shí)現(xiàn)
    當(dāng)激活SoftICE功能的單片機(jī)完成程序調(diào)試后，就可將最終的程序代碼下載到NXP公司的其他具有ISP功能的Flash單片機(jī)中。這里需要注意：只有未曾激活Soft-ICE功能P89V51RX2系列單片機(jī)才支持ISP功能，因?yàn)榧せ頢oftICE功能的單片機(jī)已取消了ISP功能。P89V51RX和P89LV51RX系列單片機(jī)的在系統(tǒng)編程相對比較簡單，只需在FlashMagic主界面進(jìn)行如圖4所示的設(shè)置后，點(diǎn)擊圖中的Start按鈕，就可以完成單片機(jī)的編程。完成編程后，按系統(tǒng)復(fù)位按鈕，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)就可以正常運(yùn)行。



    NXP公司推出的80C51單片機(jī)除了以上2種系列以外，還有P89C51Rx2Hxx、P89C51Rx2xx、P89C60X2／61X2和P89C66x等系列Flash單片機(jī)，這些單片機(jī)都可以采用圖1所示的接口電路進(jìn)行在系統(tǒng)編程。只是編程時，需要通過SELECT開關(guān)將單片機(jī)的PSEN引腳接地，使單片機(jī)在復(fù)位后能夠直接進(jìn)入ISP狀態(tài)，然后再進(jìn)行上述編程。在使用這些系列單片機(jī)的在線編程時，還應(yīng)注意啟動向量(BOOT VECTOR)和狀態(tài)字(STATUS BYTE)的設(shè)置問題，具體情況可以查閱具體型號單片機(jī)的使用手冊。


4 P89V51RD2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)
    下面以P89V51RD2單片機(jī)在云臺控制器設(shè)計為例，介紹系統(tǒng)開發(fā)中的全過程。采用P89V51RD2的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程如圖5所示。



    ①系統(tǒng)需求分析。通過現(xiàn)場調(diào)研及與用戶交流，全面、深入、準(zhǔn)確地分析云臺控制器所要實(shí)現(xiàn)的功能、應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用對象、應(yīng)用過程和具體要求，從整體上得出云臺控制器所要達(dá)到的目標(biāo)及系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能、完成的具體任務(wù)、產(chǎn)品的形式，最后形成需求分析報告。
    ②設(shè)計方案。在需求分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計，確定出單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的具體技術(shù)方案。包括：系統(tǒng)性能設(shè)計、功能設(shè)計、工作原理設(shè)計、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計、程序流程設(shè)計和通信協(xié)議設(shè)計等內(nèi)容。
    ③系統(tǒng)硬件設(shè)計。根據(jù)系統(tǒng)的性能和需要實(shí)現(xiàn)的功能，設(shè)計系統(tǒng)硬件，這時，應(yīng)考慮將圖1所示的接口電路集成到系統(tǒng)硬件中，為采用P89V51RD2進(jìn)行在線程序調(diào)試仿真做好準(zhǔn)備。
    ④軟件編程和在線調(diào)試。根據(jù)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計、程序流程設(shè)計和通信協(xié)議設(shè)計等內(nèi)容進(jìn)行模塊化程序設(shè)計，并采用激活了SoftICE功能的P89V51RD2單片機(jī)連接系統(tǒng)硬件進(jìn)行在線程序仿真調(diào)試。
    ⑤選擇單片機(jī)型號。根據(jù)連接硬件調(diào)試通過的系統(tǒng)軟件程序，估算程序所占用的代碼空間，在NXP公司推出的眾多Flash單片機(jī)中選擇合適的型號。
    ⑥單片機(jī)編程。對所選型號的單片機(jī)進(jìn)行在線編程。


結(jié) 語
    在單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中，采用具有自調(diào)試和在系統(tǒng)編程功能的單片機(jī)，對降低系統(tǒng)開發(fā)成本，加快開發(fā)進(jìn)程，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性都具有十分重要的意義。本文介紹了NXP公司的新一代單片機(jī)P89V51RD2在單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)中應(yīng)用的思想和方法，對于那些已采用或即將采用：NXP公司Flash單片機(jī)的設(shè)計人員都具有很好的參考價值。