應用可編程測控網(wǎng)絡的設計
電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來越快，怎樣縮短設計時間，快速推出產(chǎn)品，降低設計成本和提高系統(tǒng)整體性能是每個設計人員共同關心的問題。一種叫做在應用可編程（In Application Programming-IAP）的設計方案應運而生，它可以在現(xiàn)場（當原存在的代碼正在運行時）重新寫入運行代碼。這種方案的優(yōu)點是可以降低開發(fā)代碼的時間、可在裝配線上測試和改裝產(chǎn)品、可在現(xiàn)場修正代碼錯誤、可以容易地添加產(chǎn)品新功能甚至可以遠程進行系統(tǒng)的升級。目前，實現(xiàn)在應用可編程一般有兩種方法：一種方法是使用與單片機配套的專用芯片；另一種是采用新型的支持在應用可編程的單片機。本文介紹一種基于AT89C51單片機的在應用可編程的設計方案，它只占用AT89C51的UART，只需少數(shù)的幾塊芯片就能實現(xiàn)上述功能。特別適用于需要用UART進行通訊的測控網(wǎng)絡的設計。
1 設計思路
基于8051核的單片機提供兩個獨立的地址空間，一個用于程序存儲器，一個用于數(shù)據(jù)存儲器。這種特殊的地址結構在任何情況下都不會將數(shù)據(jù)寫入程序空間，保護程序代碼不會被數(shù)據(jù)覆蓋，但這種特性使單片機在應用可編程不能實現(xiàn)。如果采用一種方法“欺騙”系統(tǒng)使之誤認為程序存儲器即為數(shù)據(jù)存儲器，則可向程序存儲器中寫數(shù)據(jù)了。“欺騙”系統(tǒng)的方法是在IAP期間暫時將程序存儲器“重新分類”為數(shù)據(jù)空間而不是程序空間，然后在IAP完成后再將它重新分類為程序空間。這種方案需要一款存儲器既可以當作數(shù)據(jù)存儲器又能作為程序存儲器?，F(xiàn)在市面上的多種具有掉電保護功能的靜態(tài)隨機存儲器既具有數(shù)據(jù)存儲器的高讀寫速度又具有程序存儲器的非揮發(fā)性。如DALLAS公司的DS1230Y-70是與通用RAM27256管腳兼容的，內(nèi)嵌鋰電池保護的非易失性存儲器，讀寫速度為70ns，掉電狀態(tài)下可以保存數(shù)據(jù)10年。
按照上述思路設計的具有在應用可編程能力的單片機系統(tǒng)結構框圖如圖1所示。該系統(tǒng)有以下幾個特點：
（1）有三塊RAM，其中RAM3是數(shù)據(jù)存儲器， RAMA、RAMB既是數(shù)據(jù)存儲器又是程序存儲器，RAMA和RAMB采用DS1230Y-70靜態(tài)RAM。RAMA和RAMB具有相同的地址，當其中一塊作為程序存儲器時，另一塊是數(shù)據(jù)存儲器。AT89C51的數(shù)據(jù)空間與地址空間分開的特性保證了這兩塊存儲器不會沖突。
?。?）增加了選擇電路，用來將程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器“重新分類”，通過DN_CON控制信號線來選擇是鈄WR信號還是鈄PSEN信號送入相應的靜態(tài)RAM。
?。?）增加了串行EEPROM 以保存重要的信息，如模塊號及下載標志等。
AT89C51 具有4K的片內(nèi)Flash存儲器，可以存放引導程序。系統(tǒng)初始化、串口中斷等程序作為引導程序，固化在AT89C51的Flash存儲器中，而將主程序放在32KB的靜態(tài)RAM程序存儲器中。因此，該系統(tǒng)程序存儲器的地址空間從0000h～03FFh和8000H～0FFFFH。而數(shù)據(jù)存儲器地址從 0000H～0FFFFH，如圖2所示。引導程序中將串口中斷設定為最高優(yōu)無級，當AT89C51接收到程序代碼下載的命令后，將向 8000H～0FFFH的數(shù)據(jù)空間依次寫入程序代碼。當程序代碼寫結束時，改變DN_CON控制信號，使原來的數(shù)據(jù)存儲器變?yōu)槌绦虼鎯ζ?，而原來的程序存儲器變?yōu)閿?shù)據(jù)存儲器。在串口中斷程序結束時，將堆棧中的串行中斷返回指針指向8000H，并退出中斷，使程序跳至8000H運行下載的程序代碼。圖2中串行EEPROM采用基于I2C總線的24C01芯片，用以存放一些關鍵的數(shù)據(jù)信息，加測控模塊的站號、下載標志等。
2 選擇電路的實現(xiàn) 選擇電路如圖3所示，74HC157是四路二選一芯片。當P1.0（DN_CON）為低電平時，A=Y，此時RAMA的RD接PSEN，WR接VCC；RAMB的RD接RD數(shù)據(jù)讀出線，WR接WR數(shù)據(jù)寫入線，RAMA作為程序存儲器，RAMB作為數(shù)據(jù)存儲器。反之，當P1.0為高電平時，B=Y，RAMB是程序存儲器，RAMA是數(shù)據(jù)存儲器。
4 上位機軟件的編程 上位機軟件可以采用Delphi開發(fā)工具編寫基于Windows95/98/2000平臺下的串行通訊程序。MSCOMM32.OCX控制是微軟公司在VB 和VC開發(fā)軟件中隨帶的串行通信控件，該控件屏蔽了通信過程中的底層操作，程序員應用時只需設置和監(jiān)視該控件的屬性和事件即可完成對串行口的初始化和數(shù)據(jù)的輸入和輸出工作。在Delphi5.0中已將它重新定義為TMSComm類。在應用可編程測控網(wǎng)絡的設計中需要發(fā)送與接收控制字符，這些控制字符有可能包含ASCII值大于80H的字符，因此要求上位機軟件既能接收二進制數(shù)據(jù)又能發(fā)送二進制數(shù)據(jù)。在TMSComm類中一項InputMode屬性，當設置 InputMode=1時，數(shù)據(jù)是以二進制方式取回，而發(fā)送二進制數(shù)據(jù)則需要依照TMSComm類的規(guī)則通過動態(tài)數(shù)組和變體的方法實現(xiàn)?！ ∠旅媸且粋€簡單的發(fā)送和接收二進制數(shù)據(jù)的例子程序：mscomm1.Comport:=1; //操作對象為串口1mscomm1.Settings:='9600,N,8,1'; 設置串口參數(shù)mscomm1.Rthreshold:=1; //收到1個字節(jié)后觸發(fā)串口事件mscomm1.inbuffercount:=0； //清串口接收緩沖區(qū)mscomm1.OutBufferCount:=0; //清串口發(fā)送緩沖區(qū)mscomm1.PortOpen:=true； //打開串口 發(fā)送例程：varMyFlexibleArray : array of byte; //定義動態(tài)數(shù)組Outputdata:variant; //定義變體BeginSetLength(MyFlexibleArray,1); //在使用動態(tài)數(shù)組前必須設置它的長度MyFlexibleArray[0]:=$AA； //將待發(fā)送二進制數(shù)放入數(shù)組outputdata :=myFlexibleArray; //將動態(tài)數(shù)組賦給變體mscomm1.Output:=outputdata; //將變體中的二進制數(shù)0AAH發(fā)出end;
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