STC15F104E的STC單片機自動下載系統設計

盧軼楠,王學偉

(北京化工大學信息科學與技術學院,北京100029)

盧軼楠(碩士),主要研究領域為單片機與控制工程。

引 言

STC單片機是我國宏晶公司研制的一系列51單片機。STC單片機以傳統的8051單片機為基礎,經過技術改進和資源擴展,具有片內資源豐富、運算速度快、價格低等優點。STC單片機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單片機下載時必須進行冷啟動,即下載信號加到單片機串口以后必須對單片機斷電再上電,這給用戶帶來了一些不便。尤其是反復調試程序需要多次下載時,顯得更加繁瑣。

為了解決這一問題,有必要研制一種STC單片機專用的自動下載系統,使系統接收到上位機發往單片機的下載信號后,自動冷啟動STC單片機,完成下載任務。

1 原理分析

STC單片機下載時,需要使用宏晶公司提供的STC-犐犛犘軟件。下載開始時,上位機軟件首先向單片機發出下載命令。自動下載系統收到上位機對單片機發出的下載命令后,實現對單片機的斷電、上電冷啟動操作。單片機經冷啟動后,收到命令數據流后作出回應,開始下載程序[1-2]。需要注意的是,單片機在正常工作中,串口有可能接收數據,由于自動下載系統與單片機串口連接,因而系統必須具有自動判斷接收的數據流是否為下載命令的能力,保證及時冷啟動目標單片機。

為了檢測下載程序的命令數據流,可以采用如下方法:從PC的串口引出連接線,接至PC的另一個串口,用串口調試助手打開;用STC-ISP軟件發送下載命令,可以檢測到在波特率為9 600 bps的情況下,該軟件持續向單片機發送十六進制的0x80;當自動下載系統連續接收到足夠數量的0x80時,即可判定接收到了下載命令數據流,從而進入冷啟動程序。

2 系統硬件設計

2.1 主控芯片STC15F104E簡介

自動下載系統需要接收上位機發往目標單片機的下載命令程序流,并對目標單片機進行冷啟動。STC15F104E是宏晶公司研發的一款單片機,具有省去一些外部電路而功能較全面的優點[3]。

該單片機的特點有:

◆內部集成了可靠復位,省去了外部復位電路。

◆內部集成了R/C時鐘(在常溫下僅有5‰溫漂),省去了外部晶振。

◆內部集成了2個 16位可重裝載定時器,與普通8051單片機兼容。

◆為DIP8/SOP8封裝,體積較小,功耗較低。

◆增強型8051內核,單時鐘周期,信號處理速度快,實時性較好。

由于STC15F104E可以省去傳統單片機的復位電路、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,因而作為本系統的主控芯片。

2.2 主控電路

如圖1所示,整個系統以STC15F104E為核心進行設計。STC15F104E的P3.0腳與目標單片機STC89C52RC的串口接收端相連,即將發往目標單片機的信號連接到自動下載系統,實現信號的獲取和處理。由于自動下載系統不需要發出任何信息,STC15F104E的P3.1引腳懸空,不與目標單片機相連。

圖1 主控電路

對目標單片機進行冷啟動,實現斷電、再上電,可以用三極管作為電子開關實現。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電路的所需電流。如果三極管僅作為單片機供電的開關,由于STC89系列單片機的正常工作模式功耗為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,單片機的串口上電后會給單片機供電,使單片機各引腳電平處于不確定的狀態,因而必須對目標電路板整體進行冷啟動,三極管必須滿足目標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,可以滿足絕大多數電路的供電需求,所以選擇三極管 8550連接到目標單片機STC89C52RC的VCC腳,作為對其冷啟動的開關。

如圖1所示,D1為指示燈,其亮滅可以通過STC15F104E的P3.3腳控制。在程序中加入相應的語句即可實現燈的亮滅與閃爍,以顯示系統的狀態。

3 系統軟件設計

STC單片機自動下載系統軟件流程如圖2所示。在初始化后,系統循環檢測是否接收到下載信號;經過判斷證實接收到下載信號后,就切斷目標單片機電源;等待適當的時間后,再給目標單片機上電。單片機正常工作期間,系統接收到發往目標單片機串口的非下載命令程序,經自動判斷后不作任何動作。

圖2 STC單片機自動下載系統軟件流程

3.1 串口模擬程序

由于STC15F104E沒有串口,因而必須利用定時器模擬串口。其方法是,定義一個常量,根據所需要的波特率對該常量賦值,并將該常量值賦到定時所用的寄存器中。在模擬外部晶振為11.0592 MHz、波特率為9600 bps的情況下,設置常量BAUD為0xFE80,并將該常量賦值到TL1、TH1兩個寄存器中,實現定時。每到相應時間觸發定時中斷程序,將外部引腳的狀態讀入并存入預先設定的數組中,完成模擬串口讀入字節的任務。

3.2 下載命令檢測程序

在STC上位機軟件發出的下載命令中,波特率為9600 bps時數據流為連續的0x80。由于在單片機正常工作時也有可能接收0x80,下載系統只有嚴格檢測到連續多個0x80時,才能判斷為接收到了下載命令。如果其中有一個不是0x80,則重新檢測計數。這里設定為當系統連續接收到200個0x80時,判定為接收到了下載命令。

3.3 冷啟動操作和指示燈程序

接收到下載命令后,STC15F104E首先關閉定時器中斷,停止模擬串口的接收工作。之后將P3.4置1,切斷目標單片機的電源。延遲1～2 s后置0,恢復對目標單片機的供電。考慮到STC上位機下載軟件從發送下載命令到單片機開始下載大約需要1～2 s的時間,恢復供電后需要繼續延遲5 s,保證目標單片機已經開始下載后再啟動定時器中斷。

STC單片機接收到下載命令后,必須作出回應才能進行下載。上位機發出的下載信號同時發送到目標單片機和自動下載系統,自動下載系統中的單片機的P3.1腳懸空,而目標單片機的P3.1與上位機串口相連。這樣,只有目標單片機能夠回應下載命令實現下載,自動下載系統中的單片機不能回應下載命令,避免了對上位機的干擾。

結 語

本文針對STC單片機冷啟動下載的特點,設計了STC單片機自動下載系統,自動判斷下載命令并對目標單片機實現自動冷啟動下載。由于自動下載系統是以STC15F104E為核心,在使用前仍然需要以傳統冷啟動方式將代碼下載到STC15F104E中,之后才可以對目標單片機實現自動下載。STC單片機自動下載系統省去了操作人員手動開關電源的不便,避免了相應的機械損耗,具有較高的實用價值。

[1]郭天祥.新概念51單片機C語言教程:入門、提高、開發、拓展全攻略[M].北京:電子工業出版社,2009:272-275.

[2]宏晶科技.STC89C51RC-RD+Datasheet[EB/OL].(2009-02-02)[2011-06].http://www.mcu-memory.com.

[3]宏晶科技.STC15F100 Series Datasheet[EB/OL].(2011-01-20)[2011-06].http://www.mcu-memory.com.