電子產(chǎn)品的更新?lián)Q代越來(lái)越快，怎樣縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，快速推出產(chǎn)品，降低設(shè)計(jì)成本和提高系統(tǒng)整體性能是每個(gè)設(shè)計(jì)人員共同關(guān)心的問(wèn)題。一種叫做在應(yīng)用可編程(In Application Programming-IAP)的設(shè)計(jì)方案應(yīng)運(yùn)而生，它可以在現(xiàn)場(chǎng)(當(dāng)原存在的代碼正在運(yùn)行時(shí))重新寫(xiě)入運(yùn)行代碼。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是可以降低開(kāi)發(fā)代碼的時(shí)間、可在裝配線上測(cè)試和改裝產(chǎn)品、可在現(xiàn)場(chǎng)修正代碼錯(cuò)誤、可以容易地添加產(chǎn)品新功能甚至可以遠(yuǎn)程進(jìn)行系統(tǒng)的升級(jí)。目前，實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用可編程一般有兩種方法:一種方法是使用與單片機(jī)配套的專用芯片;另一種是采用新型的支持在應(yīng)用可編程的單片機(jī)。本文介紹一種基于AT89C51單片機(jī)的在應(yīng)用可編程的設(shè)計(jì)方案，它只占用AT89C51的UART，只需少數(shù)的幾塊芯片就能實(shí)現(xiàn)上述功能。特別適用于需要用UART進(jìn)行通訊的測(cè)控網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。

1 設(shè)計(jì)思路

　　基于8051核的單片機(jī)提供兩個(gè)獨(dú)立的地址空間，一個(gè)用于程序存儲(chǔ)器，一個(gè)用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。這種特殊的地址結(jié)構(gòu)在任何情況下都不會(huì)將數(shù)據(jù)寫(xiě)入程序空間，保護(hù)程序代碼不會(huì)被數(shù)據(jù)覆蓋，但這種特性使單片機(jī)在應(yīng)用可編程不能實(shí)現(xiàn)。如果采用一種方法“欺騙”系統(tǒng)使之誤認(rèn)為程序存儲(chǔ)器即為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，則可向程序存儲(chǔ)器中寫(xiě)數(shù)據(jù)了。“欺騙”系統(tǒng)的方法是在IAP期間暫時(shí)將程序存儲(chǔ)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(chǔ)器既可以當(dāng)作數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又能作為程序存儲(chǔ)器?，F(xiàn)在市面上的多種具有掉電保護(hù)功能的靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器既具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的高讀寫(xiě)速度又具有程序存儲(chǔ)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(hù)的非易失性存儲(chǔ)器，讀寫(xiě)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(shè)計(jì)的具有在應(yīng)用可編程能力的單片機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。該系統(tǒng)有以下幾個(gè)特點(diǎn):(1)有三塊RAM，其中RAM3是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，RAMA、RAMB既是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器又是程序存儲(chǔ)器，RAMA和RAMB采用DS1230Y-70靜態(tài)RAM。RAMA和RAMB具有相同的地址，當(dāng)其中一塊作為程序存儲(chǔ)器時(shí)，另一塊是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。AT89C51的數(shù)據(jù)空間與地址空間分開(kāi)的特性保證了這兩塊存儲(chǔ)器不會(huì)沖突。(2)增加了選擇電路，用來(lái)將程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器“重新分類”，通過(guò)DN_CON控制信號(hào)線來(lái)選擇是將WR信號(hào)還是將PSEN信號(hào)送入相應(yīng)的靜態(tài)RAM。(3)增加了串行EEPROM以保存重要的信息，如模塊號(hào)及下載標(biāo)志等。

　　AT89C51具有4K的片內(nèi)Flash 存儲(chǔ)器，可以存放引導(dǎo)程序。系統(tǒng)初始化、串口中斷等程序作為引導(dǎo)程序，固化在AT89C51的Flash 存儲(chǔ)器中，而將主程序放在32KB的靜態(tài)RAM程序存儲(chǔ)器中。因此，該系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器的地址空間從0000h～03FFh和8000H～0FFFFH。而數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址從0000H～0FFFFH，如圖2所示。引導(dǎo)程序中將串口中斷設(shè)定為最高優(yōu)先級(jí)，當(dāng)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(xiě)入程序代碼。當(dāng)程序代碼寫(xiě)結(jié)束時(shí)，改變DN_CON控制信號(hào)，使原來(lái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器變?yōu)槌绦虼鎯?chǔ)器，而原來(lái)的程序存儲(chǔ)器變?yōu)?strong>數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。在串口中斷程序結(jié)束時(shí)，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(yùn)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(guān)鍵的數(shù)據(jù)信息，如測(cè)控模塊的站號(hào)、下載標(biāo)志等。

　　引導(dǎo)程序的主流程圖如圖5所示。引導(dǎo)主程序中包含系統(tǒng)初始化、串口設(shè)置及讀下載標(biāo)志等程序。在引導(dǎo)程序的中斷程序中(如圖4)包括程序下載命令的解釋程序和代碼的下載操作。為了編程方便，下載的程序代碼都是ASCII碼，這樣可以方便地定義一些控制字符。下載的簡(jiǎn)單協(xié)議為“AAH(下載命令)+程序代碼(以ASCII 碼形式)+1BH(文件結(jié)束符)+異或校驗(yàn)和”。當(dāng)中斷程序接收到二進(jìn)制數(shù)AAH時(shí)，即認(rèn)為接收到程序下載的命令，并在中斷程序中以查詢的方式接收數(shù)據(jù)，依次將接收的代碼轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)后放入以8000H為首地址的數(shù)據(jù)空間，同時(shí)產(chǎn)生接收數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和。而當(dāng)接收到1BH結(jié)束符時(shí)，則認(rèn)為所下載的程序代碼已結(jié)束，并準(zhǔn)備接收校驗(yàn)和。當(dāng)程序代碼接收正確，在中斷程序中依據(jù)所讀出的下載標(biāo)志設(shè)置新的下載標(biāo)志，然后改變堆棧指針，使串行中斷退出，并使PC指針指向8000H，開(kāi)始運(yùn)行下載的程序。中斷退出代碼如圖4所示。當(dāng)串行中斷接收的命令不是程序下載命令，則在中斷程序直接跳至中斷映射區(qū)的串行中斷入口8023H，執(zhí)行相應(yīng)的串行中斷程序。