利用串口與并口實(shí)現51內核單片機的在線(xiàn)編程

　　摘要：詳細說(shuō)明利用并口模擬I2C總線(xiàn)協(xié)議，實(shí)現Myson MTV230芯片的在線(xiàn)編程（ISP）過(guò)程，以及利用PC機的串口通信實(shí)現Winbond W78E516B的在線(xiàn)編程（ISP）過(guò)程；闡述PC機的串口與并口在單片機開(kāi)發(fā)中的應用。

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

引 言

1 在線(xiàn)編程簡(jiǎn)介

　　51內核的單片機在線(xiàn)編程模式一般分為兩大類(lèi)。一類(lèi)是使用JTAG協(xié)議的在線(xiàn)編程模式。這類(lèi)模式一般由廠(chǎng)家提供在線(xiàn)編程工具，使用方便。使用這一類(lèi)模式的單片機價(jià)格往往較高，使用的廠(chǎng)商也不多，故不在本文的討論之列。另一類(lèi)在線(xiàn)編程模式是使用一條特殊的指令，使單片機進(jìn)入在線(xiàn)編程模式。在進(jìn)入在線(xiàn)編程模式后，要自己控制對單片機的擦除寫(xiě)入邏輯。這一類(lèi)模式又可細分為兩種不同的模式：一是進(jìn)入在線(xiàn)編程模式后，單片機只是提供一個(gè)接口，不再運行用戶(hù)的程序，擦寫(xiě)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(lèi)是進(jìn)入在線(xiàn)編程模式以后，芯片會(huì )運行在某一區域的用戶(hù)編寫(xiě)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(gè)數據源，向單片機傳輸要擦寫(xiě)的數據，如以下要討論的W78E516B。

2 利用并口對MTV230在線(xiàn)編程的實(shí)現

2.1 MTV230簡(jiǎn)介

　　MTV230是由Myson公司出品的一塊集成OSD功能的基于51內核的芯片。它使用12MHz晶振時(shí)可以設置為倍頻工作，同時(shí)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(hù)可以自己定制。該款芯片可以滿(mǎn)足視頻應用中的控制需求，因而被廣泛應用于視頻類(lèi)產(chǎn)品中。

2.2 MTV230在線(xiàn)編程模式的進(jìn)入

　　要使MTV230具有在線(xiàn)編程的功能，可以添加一段程序在主應用程序中。該程序用來(lái)響應特定的單片機狀態(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(xiàn)編程模式。在執行以下程序后，MTV230可以進(jìn)入在線(xiàn)編程模式[1]：

① 清看門(mén)狗，以防止在編程期間單片機被復位；

② 單片機的在線(xiàn)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(xiàn)編程時(shí)是作為I2C的從設備，因而要配置單片機的I2C從地址；

④ 向ISPEN寫(xiě)入0x93，使能在線(xiàn)編程功能；

⑤ 進(jìn)入51的空閑模式，在線(xiàn)編程開(kāi)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(shuō)明對應。以上將I2C地址設置為0x7C。值得注意的是，設置I2C從地址時(shí)，最低兩位無(wú)效[1]。執行完以上程序，單片機已經(jīng)變?yōu)橐粋€(gè)I2C從設備，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(xiàn)編程。命令格式詳見(jiàn)參考文獻[1]，在此不再贅述。

2.3 PC機I2C接口的實(shí)現

　　對MTV230進(jìn)行在線(xiàn)編程，就要實(shí)現I2C通信協(xié)議。作為對MTV230進(jìn)行編程的上位機PC來(lái)說(shuō)，實(shí)現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(shí)現I2C協(xié)議，成本高，I2C速度快市場(chǎng)上可以買(mǎi)到。

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

2.4 并口I2C硬件的實(shí)現

　　由于并口的每個(gè)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(gè)雙向協(xié)議，SDA與SCL都要求既能輸入又能輸出(有時(shí)要獲取SCL當前狀態(tài))，所以，SDA與SCL要分別各由一個(gè)輸出引腳與一個(gè)輸入引腳構成。為了增加并口的驅動(dòng)能力與可靠性，設計電路如圖1所示。其中并口的2、12引腳構成SDA腳，并口的3、10引腳構成SCL腳。
　　　　　　　
2.5 并口I2C軟件的實(shí)現

　　在Win98中對并口的編程非常簡(jiǎn)單，通過(guò)在VC中內嵌匯編，使用IN與OUT指令訪(fǎng)問(wèn)與并口相對應的端口，設置相對應端口的值中的位就可以控制相應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(yǔ)言可以這樣寫(xiě)：
MOV DX ， 0x378 ;設置端口地址
MOV AL ， 1 ;將待寫(xiě)入的位0的值寫(xiě)入AL中
OUT DX ， AL ;將值送到相應端口
MOV AL ， 0
OUT DX ， AL

　　但在Win2000/XP中，由于系統加強了對硬件設備的保護，假如在程序中直接用IN與OUT指令訪(fǎng)問(wèn)并口，則會(huì )引發(fā)系統的非法操作；而并口訪(fǎng)問(wèn)又不像串口，直接可以使用Windows API函數，因而就必須使用驅動(dòng)程序?？梢缘絯ww.sstnet.com網(wǎng)站上去下載DriverLINX Port I/O Driver并口驅動(dòng)程序。該程序可以免費復制與分發(fā)。有了這個(gè)驅動(dòng)程序，在Win2000/XP下編寫(xiě)并口程序就十分方便。安裝該驅動(dòng)程序后，在程序中包含相應的dlportio.h與dlportio.lib后就可以用DlPortReadPortUchar(IN ULONG Port)來(lái)讀取端口的值(相當于匯編中的IN指令)，用DlPortWritePortUchar(IN ULONG Port，IN UCHAR Value)來(lái)向一個(gè)端口寫(xiě)一個(gè)特定的值(相當于匯編中的OUT指令)。利用改變端口值中的一個(gè)位的值，可以使相應并口引腳輸出高低電平，從而可以用其來(lái)模擬I2C協(xié)議，實(shí)現并口與單片機間的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(shuō)明

　　如前文所述，MTV230在進(jìn)入在線(xiàn)編程模式后，就相當于一個(gè)I2C從設備，編程邏輯全都由在PC上運行的程序來(lái)實(shí)現。該程序采用VC6.0編寫(xiě)。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(huì )使該線(xiàn)程暫時(shí)處在阻塞狀態(tài)，假如在主線(xiàn)程(UI)中實(shí)現該過(guò)程，則在對芯片編程時(shí)，程序的主界面就無(wú)法響應用戶(hù)退出命令，所以采用了多線(xiàn)程程序結構，在一個(gè)工作線(xiàn)程實(shí)現該過(guò)程，使用戶(hù)可以隨時(shí)退出編程過(guò)程。
　　　　　　　　　　
　　表1所列的頭三個(gè)類(lèi)采用了層次設計結構：上層類(lèi)調用下層類(lèi)，下層類(lèi)為上層類(lèi)提供接口，這樣設計保證了代碼的最大可重用性。舉例來(lái)說(shuō)，假如有另一芯片同樣是使用I2C接口進(jìn)行在線(xiàn)編程，則只要重寫(xiě)MTVISP這個(gè)芯片的在線(xiàn)編程協(xié)議類(lèi)就可以了；如果使用前面所述的并口實(shí)現方案1或3，只要重寫(xiě)最底層的Parallel類(lèi)便可。
　　　　　　　
　　程序工作線(xiàn)程的大致流程如圖3所示。
　　　　　　　　
　　程序的特色：

① 可以自己設置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(jiǎn)單校驗和完全校驗，即對編程后的芯片是進(jìn)行內部校驗寄存器值的簡(jiǎn)單校驗，還是將
芯片中的內容全部讀出與編程文件進(jìn)行比較的完全校驗。

③ 可以對芯片內的程序區、OSD區進(jìn)行編程，還可以讀出這兩區的數據(只有對可以設定進(jìn)入在線(xiàn)編 程模式的程序才可以)。

④ 進(jìn)行燒寫(xiě)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(xiàn)編程的實(shí)現

3.1 W78E516B簡(jiǎn)介

　　W78E516B是由Winbound公司出品的基于52內核的高性能芯片，外部晶振可以達到40MHz，內部具有64KB的程序區與4KB的引導程序區，以及256B的RAM區和256B的AUX-RAM區。AUX-RAM區相當于外部存儲區，進(jìn)行寄存器設置后，用MOVX指令進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)。在Keil編譯器中，進(jìn)行相應的設置便可使用pdata類(lèi)型變量訪(fǎng)問(wèn)。

3.2 W78E516B在線(xiàn)編程模式的進(jìn)入

　　W78E516B在線(xiàn)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。當芯片進(jìn)入在線(xiàn)編程模式后，芯片會(huì )從現在的64KB程序區跳轉到4KB的引導區的0x00地址處去執行程序。如前文所述，該類(lèi)型芯片的在線(xiàn)編程邏輯都是由在這4KB引導區中的程序決定的，而上位機(PC)只是為在線(xiàn)編程提供一個(gè)數據源。

(1)軟件進(jìn)入模式

① 向CHPERN寄存器依此寫(xiě)入0x87，0x59開(kāi)啟CHPCON寄存器的寫(xiě)模式。

② 關(guān)閉中斷。

③ 向CHPCON寫(xiě)入0x03表示進(jìn)行程序區編程。

④ 向CHPCRN寫(xiě)入0x00關(guān)閉CHPCON寄存器寫(xiě)模式。

⑤ 設置好定時(shí)器為延時(shí)12μs引發(fā)中斷。

⑥ 將單片機轉入空閑模式，開(kāi)啟中斷。
例如：將以下程序嵌入主循環(huán)中，當串口收到字符“A”時(shí)便進(jìn)入在線(xiàn)編程模式：
if(B_Temp==‘A’{//B_Temp中存放從串口接收到的數
TR0=0; //停止定時(shí)器
TH0=TL0=256-250; //設置定時(shí)器定時(shí)值
CHPENR = 0x87; //開(kāi)啟CHPCON寫(xiě)模式
CHPENR = 0x59;
CHPCON|=0x03; //開(kāi)啟編程功能
CHPENR=0x00; //關(guān)閉CHPCON寫(xiě)模式
TR0=1; //開(kāi)啟定時(shí)器
PCON=0x01; //轉入空閑模式
}

(2)硬件進(jìn)入模式

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

(1)單片機引導區程序

　　W78E516B在線(xiàn)編程邏輯主要在這部分程序中實(shí)現。在參考文獻[2]中的最后有一個(gè)示例程序，它是從外部的SRAM中讀取數據對64KB程序區進(jìn)行編程。將其改寫(xiě)一下，變?yōu)閺拇谧x入數據。對程序區進(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[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(xiě)入數據字節數-1的高16位
;其中R4存有待寫(xiě)入數據字節數-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(shí)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(gè)待寫(xiě)入的字節
MOV A，SBUF
CLR RI
MOV SFRFD，A ;將待寫(xiě)入的值放入
MOV TCON，#10H ;開(kāi)啟定時(shí)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(xiě)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(gè)數據源。該數據是通過(guò)PC機的串口進(jìn)行數據傳輸的。程序由VC6.0編寫(xiě)，串口通信使用的是VC自帶的串口控件MSCOMM。由于MSCOMM的接收數據是以消息形式，同時(shí)在該程序中接收的數據量很小，而發(fā)送數據為阻塞模式，所以新開(kāi)一個(gè)工作線(xiàn)程用于發(fā)送數據，而接收數據與主線(xiàn)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(gè)狀態(tài)時(shí)，都通過(guò)串口向PC機發(fā)送狀態(tài)字，PC機通過(guò)接收狀態(tài)字來(lái)決定單片機現在的工作狀態(tài)，并決定要向單片機提供的數據。同時(shí)主線(xiàn)程中有一定時(shí)器，假如在特定時(shí)間內單片機無(wú)應答，或應答有誤，則報錯，停止單片機的編程過(guò)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(gè)文件拷貝到system32系統目錄下。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 可以設定使用的串口與通信的波特率。(與其相應的4KB引導區中的程序也要相應修改)。
② 可以設定使單片機進(jìn)入在線(xiàn)編程模式的字符命令。
③ 進(jìn)行燒寫(xiě)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 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(xiàn)編程，使用串口為W78E516B提供數據源也可方便地對其進(jìn)行編程，兩者均經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗，程序完全達到預期目的。使用芯片的在線(xiàn)編程技術(shù)，方便了芯片程序的更新，降低了產(chǎn)品的維護成本。