在應用可編程測控網(wǎng)絡設計

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。(2)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將WR信號還是將PSEN信號送入相應的靜態(tài)RAM。(3)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)先級，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，如測控模塊的站號、下載標志等。