基于AT89S52與PIC16F877A的在線編程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

l 引 言

通常進(jìn)行單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)或開發(fā)時(shí)，傳統(tǒng)的并行編程方法中，編程器是必不可少的。仿真、調(diào)試完的程序需要借助編程器燒到單片機(jī)內(nèi)部或外接的程序存儲(chǔ)器中。在開發(fā)過程中，程序每改動(dòng)一次就要拔下電路板上的芯片，編程后再插上。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多公司推出了帶有片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器的MCU，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器具有電可擦除、無需后備電源保護(hù)數(shù)據(jù)、可在線編程等特點(diǎn)。在線編程目前有兩種實(shí)現(xiàn)方法：在線系統(tǒng)編程(ISP)和在線應(yīng)用編程(IAP)。ISP一般是通過單片機(jī)專用的串行編程接口對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的FLASH存儲(chǔ)器進(jìn)行編程，例如AT-MEL公司的單片機(jī)AT89S52就提供了一個(gè)SPI串行接口對(duì)內(nèi)部程序存儲(chǔ)器編程(ISP)。

在線編程(ISP)允許單片機(jī)內(nèi)部運(yùn)行的程序去改寫FLASH存儲(chǔ)器的內(nèi)容，可以在運(yùn)行過程中修改某些運(yùn)行參數(shù)，已經(jīng)編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。單片機(jī)在ISP模式下上電時(shí)，可以進(jìn)行ISP操作，在ISP模式下，單片機(jī)通過串行端口與外部主機(jī)(如PC機(jī)或終端)通信，從主機(jī)接收命令和數(shù)據(jù)，用于擦除和再編程代碼存儲(chǔ)區(qū)。ISP的實(shí)現(xiàn)一般只需要很少的外部電路輔助實(shí)現(xiàn)，使用ISP技術(shù)，連接一根下載線即可對(duì)芯片編程，不再需要編程器就可進(jìn)行單片機(jī)的實(shí)驗(yàn)和開發(fā)，單片機(jī)芯片可以直接焊接在電路板上，調(diào)試結(jié)束即成成品，甚至可以遠(yuǎn)程在線升級(jí)或改變單片機(jī)中的程序。

2 AT89S52 ISP原理

AT89S52具有ISP功能。在RESET引腳處于高電平時(shí)，利用P1.5(MOSI)，P1.6(MISO)，P1.7(SCK)三引腳的數(shù)據(jù)設(shè)置或傳送達(dá)到程序下載的目的，P1.5(MOSI)引腳作為串行指令的輸入端口，P1.6(MISO)引腳作為串行數(shù)據(jù)的輸出端口，P1.7(SCK)引腳作為串行移位脈沖的輸入端口。

AT89S系列中的FLASH地址編址是以字節(jié)為單位的，在使用過程中應(yīng)注意高低字節(jié)的區(qū)別，上位機(jī)和目標(biāo)板通信時(shí)，一般都是4字節(jié)的指令，第1字節(jié)為操作碼，第2、第3字節(jié)一般為地址碼，第4字節(jié)為數(shù)據(jù)。

根據(jù)串行下載波形圖和串行下載編程指令集即可完成有關(guān)在線下載的操作。

3 在線編程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

AT89S52負(fù)責(zé)人機(jī)界面的信息交互，主要由顯示部分，鍵盤部分和數(shù)據(jù)通路組成。

顯示部分由AT89S52的P1，P2口組成。P2是八位的顯示數(shù)據(jù)通路，P1.1～P1.4是4個(gè)LED的使能線，達(dá)到動(dòng)態(tài)顯示4位數(shù)據(jù)的效果。

鍵盤部分由INT0，INT1，CT0，CT1組成。利用中斷的優(yōu)先級(jí)嵌套實(shí)現(xiàn)命令與數(shù)據(jù)的輸入，減少了鍵盤的體積。硬件分配如下：

數(shù)據(jù)通路部分主要是PSP的控制。PSP是PIC16FX系列微處理器專門針對(duì)8位機(jī)的通用數(shù)據(jù)端口，由CS，WR，RD，8位數(shù)據(jù)線組成，可供AT89S52直接控制。

PIC收到PSP的數(shù)據(jù)后會(huì)產(chǎn)生一個(gè)中斷響應(yīng)，由軟件設(shè)計(jì)者決定該中斷如何處理。因此，可以設(shè)定0XC0～0XFF為命令字節(jié)，供控制使用，0X00～0X09為功能號(hào)，組合起來就可以實(shí)現(xiàn)各種控制的命令。

PIC16FX具有4路A／D通道，精度為10 b，轉(zhuǎn)換時(shí)間為56μs。內(nèi)置硬件看門狗電路，提高了可靠性，節(jié)省了軟件開支。利用其4路中斷功能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位及檢修測(cè)試功能。PGM接口(在線編程接口)可采用ICD2適配器進(jìn)行在線編程和調(diào)試。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3.2 系統(tǒng)功能

(1) AT89S52頻率4 MHz，具有在線編程，無需編程器直接燒寫的功能，用AT89S52[INT0]，[INT1]，[CT0]，[CT1]四個(gè)引腳單獨(dú)引出，方便作為鍵盤接口。

(2) AT89S52 P1.1～P1.4分別作為LED1～4的使能線，高電平有效，P2口作為LED1～4的八位顯示數(shù)據(jù)口。

(3) AT89S52串口與16F877A的串口可直接進(jìn)行串口通訊。

(4) AT89S52 P0口及[ALE十P1.0]，[WR]，[RD]作為8位并行端口與16F877A通訊。

(5) PIC16F877A：頻率20 MHz：

① PA-AN[0]-板載A／D通道：VREF+／-可調(diào)

AN[1]，[5]一外接A／D通道，AN[2-3]-VREF+／-可調(diào)，AN[4]-T0CKI-WDT監(jiān)控。

② PB-PB0-外接INT中斷信號(hào)，低電平／下降沿有效，PB1，2，4，5作為INPUT1234，低電平／下降沿有效。

3.3 電路原理圖

AT89S52部分電路原理如圖2所示。

PIC16F877A部分電路原理如圖3所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

4.1 AT89S52部分

首先執(zhí)行系統(tǒng)初始化，初始時(shí)鐘，全局變量，定時(shí)器，IO端口，鍵盤中斷服務(wù)子程序。

然后進(jìn)入MAINLOOP循環(huán)程序，等待接受鍵盤中斷。如果鍵盤有輸入動(dòng)作，系統(tǒng)產(chǎn)生鍵盤中斷，進(jìn)入鍵盤中斷服務(wù)子程序。

鍵盤中斷服務(wù)子程序的主要功能是生成命令數(shù)據(jù)包，并根據(jù)用戶指令處理該命令數(shù)據(jù)包。

命令數(shù)據(jù)包的格式如下：

若用戶確認(rèn)，則發(fā)送到PIC16F877A執(zhí)行；

若用戶取消，則退出鍵盤中斷服務(wù)子程序，重新進(jìn)入等待狀態(tài)。系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖4所示。

4.2 PIC軟件結(jié)構(gòu)

PIC系統(tǒng)初始化后首先按默認(rèn)參數(shù)啟動(dòng)PWM輸出，在啟動(dòng)過程中不斷地進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，將采集到的數(shù)據(jù)根據(jù)PID策略調(diào)節(jié)PWM的占空比，從而達(dá)到調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的，同時(shí)不問斷的監(jiān)聽PSP通道，若收到AT89S52的命令數(shù)據(jù)包，馬上更新默認(rèn)啟動(dòng)參數(shù)，讓電機(jī)以新參數(shù)模式運(yùn)行在新轉(zhuǎn)速狀態(tài)。

PIC16F877A執(zhí)行軟件運(yùn)行流程圖如圖5所示。

5 結(jié) 語

利用AT89S52作為主處理器，PIC16F87X作為從處理器，使控制精度大為提高，可達(dá)10位PWM精度。AT89S52與PIC16F87X具有在線編程功能，功能齊全，片上資源豐富，可以滿足系統(tǒng)升級(jí)要求。隨著帶有系統(tǒng)在線編程功能的單片機(jī)得到廣泛應(yīng)用與發(fā)展，ISP技術(shù)成了未來發(fā)展方向，基于在線編程技術(shù)的控制系統(tǒng)應(yīng)用也將越來越廣泛。