STC15F104E的STC單片機(jī)自動(dòng)下載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言
    STC單片機(jī)是我國宏晶公司研制的一系列51單片機(jī)。STC單片機(jī)以傳統(tǒng)的8051單片機(jī)為基礎(chǔ)，經(jīng)過技術(shù)改進(jìn)和資源擴(kuò)展，具有片內(nèi)資源豐富、運(yùn)算速度快、價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。STC單片機(jī)下載程序不需要編程器燒寫，可以通過串口下載。美中不足的是，STC單片機(jī)下載時(shí)必須進(jìn)行冷啟動(dòng)，即下載信號加到單片機(jī)串口以后必須對單片機(jī)斷電再上電，這給用戶帶來了一些不便。尤其是反復(fù)調(diào)試程序需要多次下載時(shí)，顯得更加繁瑣。
    為了解決這一問題，有必要研制一種STC單片機(jī)專用的自動(dòng)下載系統(tǒng)，使系統(tǒng)接收到上位機(jī)發(fā)往單片機(jī)的下載信號后，自動(dòng)冷啟動(dòng)STC單片機(jī)，完成下載任務(wù)。

1 原理分析
    STC單片機(jī)下載時(shí)，需要使用宏晶公司提供的STCISP軟件。下載開始時(shí)，上位機(jī)軟件首先向單片機(jī)發(fā)出下載命令。自動(dòng)下載系統(tǒng)收到上位機(jī)對單片機(jī)發(fā)出的下載命令后，實(shí)現(xiàn)對單片機(jī)的斷電、上電冷啟動(dòng)操作。單片機(jī)經(jīng)冷啟動(dòng)后，收到命令數(shù)據(jù)流后作出回應(yīng)，開始下載程序。需要注意的是，單片機(jī)在正常工作中，串口有可能接收數(shù)據(jù)，由于自動(dòng)下載系統(tǒng)與單片機(jī)串口連接，因而系統(tǒng)必須具有自動(dòng)判斷接收的數(shù)據(jù)流是否為下載命令的能力，保證及時(shí)冷啟動(dòng)目標(biāo)單片機(jī)。
    為了檢測下載程序的命令數(shù)據(jù)流，可以采用如下方法：從PC的串口引出連接線，接至PC的另一個(gè)串口，用串口調(diào)試助手打開；用STC-ISP軟件發(fā)送下載命令，可以檢測到在波特率為9 600 bps的情況下，該軟件持續(xù)向單片機(jī)發(fā)送十六進(jìn)制的0x80；當(dāng)自動(dòng)下載系統(tǒng)連續(xù)接收到足夠數(shù)量的0x80時(shí)，即可判定接收到了下載命令數(shù)據(jù)流，從而進(jìn)入冷啟動(dòng)程序。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2．1 主控芯片STC15F104E簡介
    自動(dòng)下載系統(tǒng)需要接收上位機(jī)發(fā)往目標(biāo)單片機(jī)的下載命令程序流，并對目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行冷啟動(dòng)。STC15F104E是宏晶公司研發(fā)的一款單片機(jī)，具有省去一些外部電路而功能較全面的優(yōu)點(diǎn)。
    該單片機(jī)的特點(diǎn)有：
    ◆內(nèi)部集成了可靠復(fù)位，省去了外部復(fù)位電路。
    ◆內(nèi)部集成了R／C時(shí)鐘(在常溫下僅有5‰溫漂)，省去了外部晶振。
    ◆內(nèi)部集成了2個(gè)16位可重裝載定時(shí)器，與普通8051單片機(jī)兼容。
    ◆為DIP8／SOP8封裝，體積較小，功耗較低。
    ◆增強(qiáng)型8051內(nèi)核，單時(shí)鐘周期，信號處理速度快，實(shí)時(shí)性較好。
    由于STC15F104E可以省去傳統(tǒng)單片機(jī)的復(fù)位電路、外部晶振電路，且采用貼片封裝，因此占用電路板面積非常小，適合集成在電路板上，因而作為本系統(tǒng)的主控芯片。
2．2 主控電路
    如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)以STC15F104E為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)。STC15F104E的P3．0腳與目標(biāo)單片機(jī)STC89C52RC的串口接收端相連，即將發(fā)往目標(biāo)單片機(jī)的信號連接到自動(dòng)下載系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號的獲取和處理。由丁自動(dòng)下載系統(tǒng)不需要發(fā)出任何信息，STC15F104E的P3．1引腳懸空，不與目標(biāo)單片機(jī)相連。

    對目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行冷啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)斷電、再上電，可以用三極管作為電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)。必須注意到的是，三極管的最大可通過電流不要小于單片機(jī)電路的所需電流。如果三極管僅作為單片機(jī)供電的開關(guān)，由于STC89系列單片機(jī)的正常丁作模式功耗為2～7 mA，90系列三極管通常情況下可以滿足需求。但在某些情況下，單片機(jī)的串口上電后會(huì)給單片機(jī)供電，使單片機(jī)各引腳電平處于不確定的狀態(tài)，因而必須對目標(biāo)電路板整體進(jìn)行冷啟動(dòng)，三極管必須滿足目標(biāo)電路板的總電流需求。由于三極管8550的最大可通過電流為1．5 A，可以滿足絕大多數(shù)電路的供電需求。所以選擇三極管8550連接到目標(biāo)單片機(jī)STC89C52RC的VCC腳，作為對其冷啟動(dòng)的開關(guān)。
    如圖1所示，D1為指示燈，其亮滅可以通過STC15F104E的P3．3腳控制。在程序中加入相應(yīng)的語句即可實(shí)現(xiàn)燈的亮滅與閃爍，以顯示系統(tǒng)的狀態(tài)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
    STC單片機(jī)自動(dòng)下載系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。在初始化后，系統(tǒng)循環(huán)檢測是否接收到下載信號；經(jīng)過判斷證實(shí)接收到下載信號后，就切斷目標(biāo)單片機(jī)電源；等待適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，再給目標(biāo)單片機(jī)上電。單片機(jī)正常工作期間，系統(tǒng)接收到發(fā)往目標(biāo)單片機(jī)串口的非下載命令程序，經(jīng)自動(dòng)判斷后不作任何動(dòng)作。

3．1 串口模擬程序
    由于STC15F104E沒有串口，因而必須利用定時(shí)器模擬串口。其方法是，定義一個(gè)常量，根據(jù)所需要的波特率對該常量賦值，并將該常量值賦到定時(shí)所用的寄存器中。在模擬外部晶振為11．059 2 MHz、波特率為9 600 bps的情況下，設(shè)置常量BAUD為0xFE80，并將該常量賦值到TL1、TH1兩個(gè)寄存器中，實(shí)現(xiàn)定時(shí)。每到相應(yīng)時(shí)間觸發(fā)定時(shí)中斷程序，將外部引腳的狀態(tài)讀入并存入預(yù)先設(shè)定的數(shù)組中，完成模擬串口讀入字節(jié)的任務(wù)。
3．2 下載命令檢測程序
    在STC上位機(jī)軟件發(fā)出的下載命令中，波特率為9 600 bps時(shí)數(shù)據(jù)流為連續(xù)的0x80。由于在單片機(jī)正常工作時(shí)也有可能接收0x80，下載系統(tǒng)只有嚴(yán)格檢測到連續(xù)多個(gè)0x80時(shí)，才能判斷為接收到了下載命令。如果其中有一個(gè)不是0x80，則重新檢測計(jì)數(shù)。這里設(shè)定為當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)接收到200個(gè)0x80時(shí)，判定為接收到了下載命令。
3．3 冷啟動(dòng)操作和指示燈程序
    接收到下載命令后，STC15F104E首先關(guān)閉定時(shí)器中斷，停止模擬串口的接收工作。之后將P3．4置1，切斷目標(biāo)單片機(jī)的電源。延遲1～2 s后置0，恢復(fù)對目標(biāo)單片機(jī)的供電?？紤]到STC上位機(jī)下載軟件從發(fā)送下載命令到單片機(jī)開始下載大約需要1～2 s的時(shí)間，恢復(fù)供電后需要繼續(xù)延遲5 s，保證目標(biāo)單片機(jī)已經(jīng)開始下載后再啟動(dòng)定時(shí)器中斷。
    STC單片機(jī)接收到下載命令后，必須作出回應(yīng)才能進(jìn)行下載。上位機(jī)發(fā)出的下載信號同時(shí)發(fā)送到目標(biāo)單片機(jī)和自動(dòng)下載系統(tǒng)，自動(dòng)下載系統(tǒng)中的單片機(jī)的P3．1腳懸空，而目標(biāo)單片機(jī)的P3．1與上位機(jī)串口相連。這樣，只有目標(biāo)單片機(jī)能夠回應(yīng)下載命令實(shí)現(xiàn)下載，自動(dòng)下載系統(tǒng)中的單片機(jī)不能回應(yīng)下載命令，避免了對上位機(jī)的干擾。

結(jié)語
    本文針對STC單片機(jī)冷啟動(dòng)下載的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了STC單片機(jī)自動(dòng)下載系統(tǒng)，自動(dòng)判斷下載命令并對目標(biāo)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)冷啟動(dòng)下載。由于自動(dòng)下載系統(tǒng)是以STC15F104E為核心，在使用前仍然需要以傳統(tǒng)冷啟動(dòng)方式將代碼下載到STC15F104E中，之后才可以對目標(biāo)單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)下載。STC單片機(jī)自動(dòng)下載系統(tǒng)省去了操作人員手動(dòng)開關(guān)電源的不便，避免了相應(yīng)的機(jī)械損耗，具有較高的實(shí)用價(jià)值。