利用串口与并口实现51内核单片机的在线编程

摘要：详细说明利用并口模拟i2c总线协议，实现myson mtv230芯片的在线编程（isp）过程，以及利用pc机的串口通信实现winbond w78e516b的在线编程（isp）过程；阐述pc机的串口与并口在单片机开发中的应用。关键词：并口编程 串口通信 在线编程 isp mtv230 w78e516b

引 言1 在线编程简介51内核的单片机在线编程模式一般分为两大类。一类是使用jtag协议的在线编程模式。这类模式一般由厂家提供在线编程工具，使用方便。使用这一类模式的单片机价格往往较高，使用的厂商也不多，故不在本文的讨论之列。另一类在线编程模式是使用一条特殊的指令，使单片机进入在线编程模式。在进入在线编程模式后，要自己控制对单片机的擦除写入逻辑。这一类模式又可细分为两种不同的模式：一是进入在线编程模式后，单片机只是提供一个接口，不再运行用户的程序，擦写逻辑全由上位机(pc)提供，如以下要讨论的mtv230就属于这种模式；另一类是进入在线编程模式以后，芯片会运行在某一区域的用户编写的程序，芯片的编程逻辑都由芯片中这段程序控制，上位机(pc)只是作为单片机的一个数据源，向单片机传输要擦写的数据，如以下要讨论的w78e516b。2 利用并口对mtv230在线编程的实现2.1 mtv230简介mtv230是由myson公司出品的一块集成osd功能的基于51内核的芯片。它使用12mhz晶振时可以设置为倍频工作，同时还集成了4路a/d和4路pwm dac。其中最具竞争力的便是它使用了flash 电路如图1所示。其中并口的2、12引脚构成sda脚，并口的3、10引脚构成scl脚。2.5 并口i2c软件的实现在win98中对并口的编程非常简单，通过在vc中内嵌汇编，使用in与out指令访问与并口相对应的端口，设置相对应端口的值中的位就可以控制相应并口引脚的高低电平值。例如：要将计算机并口1的第2引脚先置高再置低，汇编语言可以这样写：mov dx ， 0x378 ;设置端口地址mov al ， 1 ;将待写入的位0的值写入al中out dx ， al ;将值送到相应端口mov al ， 0 out dx ， al 但在win2000/xp中，由于系统加强了对硬件设备的保护，假如在程序中直接用in与out指令访问并口，则会引发系统的非法操作；而并口访问又不像串口，直接可以使用windows api函数，因而就必须使用驱动程序。可以到网站上去下载driverlinx port i/o driver并口驱动程序。该程序可以免费复制与分发。有了这个驱动程序，在win2000/xp下编写并口程序就十分方便。安装该驱动程序后，在程序中包含相应的dlportio.h与dlportio.lib后就可以用dlportreadportuchar(in ulong port)来读取端口的值(相当于汇编中的in指令)，用dlportwriteportuchar(in ulong port，in uchar value)来向一个端口写一个特定的值(相当于汇编中的out指令)。利用改变端口值中的一个位的值，可以使相应并口引脚输出高低电平，从而可以用其来模拟i2c协议，实现并口与单片机间的i2c通信。关于i2c协议，网上有很多资料，在此不再赘述。2.6 程序说明如前文所述，mtv230在进入在线编程模式后，就相当于一个i2c从设备，编程逻辑全都由在pc上运行的程序来实现。该程序采用vc6.0编写。编程程序的主界面如图2所示，主要模块如表1所列。由于用并口模拟i2c对单片机编程，会使该线程暂时处在阻塞状态，假如在主线程(ui)中实现该过程，则在对芯片编程时，程序的主界面就无法响应用户退出命令，所以采用了多线程程序结构，在一个工作线程实现该过程，使用户可以随时退出编程过程。表1所列的头三个类采用了层次设计结构：上层类调用下层类，下层类为上层类提供接口，这样设计保证了代码的最大可重用性。举例来说，假如有另一芯片同样是使用i2c接口进行在线编程，则只要重写mtvisp这个芯片的在线编程协议类就可以了；如果使用前面所述的并口实现方案1或3，只要重写最底层的parallel类便可。 程序工作线程的大致流程如图3所示。程序的特色：① 可以自己设置i2c速度的高低，模拟i2c的并口地址，以及使用并口的引脚。② 可以选择简单校验和完全校验，即对编程后的芯片是进行内部校验寄存器值的简单校验，还是将芯片中的内容全部读出与编程文件进行比较的完全校验。③ 可以对芯片内的程序区、osd区进行编程，还可以读出这两区的数据(只有对可以设定进入在线编 程模式的程序才可以)。④ 进行烧写的文件支持二进制文件格式(.bin)与intel的hex文件格式(.hex)。3 利用串口对w78e516b在线编程的实现3.1 w78e516b简介w78e516b是由winbound公司出品的基于52内核的高性能芯片，外部晶振可以达到40mhz，内部具有64kb的程序区与4kb的引导程序区，以及256b的ram区和256b的aux-ram区。aux-ram区相当于外部存储区，进行寄存器设置后，用movx指令进行访问。在keil编译器中，进行相应的设置便可使用pdata类型变量访问。3.2 w78e516b在线编程模式的进入w78e516b在线编程模式的进入可以分为两种模式：一种为软件模式，另一种为硬件模式。当芯片进入在线编程模式后，芯片会从现在的64kb程序区跳转到4kb的引导区的0x00地址处去执行程序。如前文所述，该类型芯片的在线编程逻辑都是由在这4kb引导区中的程序决定的，而上位机(pc)只是为在线编程提供一个数据源。(1)软件进入模式① 向chpern寄存器依此写入0x87，0x59开启chpcon寄存器的写模式。② 关闭中断。③ 向chpcon写入0x03表示进行程序区编程。④ 向chpcrn写入0x00关闭chpcon寄存器写模式。⑤ 设置好定时器为延时12μs引发中断。⑥ 将单片机转入空闲模式，开启中断。例如：将以下程序嵌入主循环中，当串口收到字符“a”时便进入在线编程模式：if(b_temp==‘a’{//b_temp中存放从串口接收到的数tr0=0; //停止定时器th0=tl0=256-250; //设置定时器定时值chpenr = 0x87; //开启chpcon写模式chpenr = 0x59;chpcon|=0x03; //开启编程功能chpenr=0x00; //关闭chpcon写模式tr0=1; //开启定时器pcon=0x01; //转入空闲模式} (2)硬件进入模式如表2所列，将相应引脚设置为相应电平，在进行复位以后也可进入在线编程模式。值的注意的是，在芯片正常工作时应避免误入在线编程模式，否则后果不堪设想。表2中l代表低电平，x代表任意电平。3.3 w78e516b在线编程的实现(1)单片机引导区程序w78e516b在线编程逻辑主要在这部分程序中实现。在参考文献[2]中的最后有一个示例程序，它是从外部的sram中读取数据对64kb程序区进行编程。将其改写一下，变为从串口读入数据。对程序区进行更新，大致流程与示例程序相同，代码也大致相同。有兴趣的朋友可以自行阅读文献[2]中的程序源文件，在此只列出关键的更改处：;使用24mhz晶振;使用wave编译程序;其中r3存有待写入数据字节数-1的高16位;其中r4存有待写入数据字节数-1的低16位jmp prog_d_64kpadjuest:inc r2 ;将低位地址增加1cjne r2，#00h，prog_d_64kinc r1 ;低位进位时将高位增加1mov sfrah，r1 ;改变高位地址prog_d_64k:mov sfral，r2 ;将低位地址放入jnb ri，$ ;从串口接收一个待写入的字节mov a，sbufclr rimov sfrfd，a ;将待写入的值放入mov tcon，#10h ;开启定时器mov pcon，#01h ;cpu进入idle状态(进行编程)clr c ; 比较r3、r4，看是否写入完成mov a，r4subb a，r2jnz padjuestclr cmov a，r3subb a，r1jnz padjuest(2)pc机程序pc机程序为单片机提供一个数据源。该数据是通过pc机的串口进行数据传输的。程序由vc6.0编写，串口通信使用的是vc自带的串口控件mscomm。由于mscomm的接收数据是以消息形式，同时在该程序中接收的数据量很小，而发送数据为阻塞模式，所以新开一个工作线程用于发送数据，而接收数据与主线程合并。程序整体采用状态机模式。单片机进行擦除、编程、校验等各个状态时，都通过串口向pc机发送状态字，pc机通过接收状态字来决定单片机现在的工作状态，并决定要向单片机提供的数据。同时主线程中有一定时器，假如在特定时间内单片机无应答，或应答有误，则报错，停止单片机的编程过程。值得注意的是，由于使用了mscomm控件，在未装vc6.0的机器上运行该程序要将源文件system目录中的三个文件拷贝到system32系统目录下。程序主界面如图4所示。pc机与单片机通信的工作流程如图5所示。 程序特色：① 可以设定使用的串口与通信的波特率。(与其相应的4kb引导区中的程序也要相应修改)。② 可以设定使单片机进入在线编程模式的字符命令。③ 进行烧写的文件支持二进制文件格式(.bin)与intel的hex文件格式(.hex)。4 结 论使用并口模拟i2c程序可以方便地对板上的mtv230芯片进行在线编程，使用串口为w78e516b提供数据源也可方便地对其进行编程，两者均经过实践检验，程序完全达到预期目的。使用芯片的在线编程技术，方便了芯片程序的更新，降低了产品的维护成本。