在應用可編程測控網絡設計

電子產品的更新換代越來越快，怎樣縮短設計時間，快速推出產品，降低設計成本和提高系統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。這種方案的優點是可以降低開發代碼的時間、可在裝配線上測試和改裝產品、可在現場修正代碼錯誤、可以容易地添加產品新功能甚至可以遠程進行系統的升級。目前，實現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，只需少數的幾塊芯片就能實現上述功能。特別適用于需要用UART進行通訊的測控網絡的設計。

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，一個用于數據存儲器。這種特殊的地址結構在任何情況下都不會將數據寫入程序空間，保護程序代碼不會被數據覆蓋，但這種特性使單片機在應用可編程不能實現。如果采用一種方法“欺騙”系統使之誤認為程序存儲器即為數據存儲器，則可向程序存儲器中寫數據了。“欺騙”系統的方法是在IAP期間暫時將程序存儲器“重新分類”為數據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據存儲器又能作為程序存儲器。現在市面上的多種具有掉電保護功能的靜態隨機存儲器既具有數據存儲器的高讀寫速度又具有程序存儲器的非揮發性。如DALLAS公司的DS1230Y-70是與通用RAM27256管腳兼容的，內嵌鋰電池保護的非易失性存儲器，讀寫速度為70ns，掉電狀態下可以保存數據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結構框圖如圖1所示。該系統有以下幾個特點:(1)有三塊RAM，其中RAM3是數據存儲器，RAMA、RAMB既是數據存儲器又是程序存儲器，RAMA和RAMB采用DS1230Y-70靜態RAM。RAMA和RAMB具有相同的地址，當其中一塊作為程序存儲器時，另一塊是數據存儲器。AT89C51的數據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據存儲器“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Flash 存儲器，可以存放引導程序。系統初始化、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RAM程序存儲器中。因此，該系統程序存儲器的地址空間從0000h～03FFh和8000H～0FFFFH。而數據存儲器地址從0000H～0FFFFH，如圖2所示。引導程序中將串口中斷設定為最高優先級，當AT89C51接收到程序代碼下載的命令后，將向8000H～0FFFH的數據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，使原來的數據存儲器變為程序存儲器，而原來的程序存儲器變為數據存儲器。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據信息，如測控模塊的站號、下載標志等。