STC15F104E的STC单片机自动下载系统设计

引言
    STC单片机是我国宏晶公司研制的一系列51单片机。STC单片机以传统的8051单片机为基础，经过技术改进和资源扩展，具有片内资源丰富、运算速度快、价格低等优点。STC单片机下载程序不需要编程器烧写，可以通过串口下载。美中不足的是，STC单片机下载时必须进行冷启动，即下载信号加到单片机串口以后必须对单片机断电再上电，这给用户带来了一些不便。尤其是反复调试程序需要多次下载时，显得更加繁琐。
    为了解决这一问题，有必要研制一种STC单片机专用的自动下载系统，使系统接收到上位机发往单片机的下载信号后，自动冷启动STC单片机，完成下载任务。

1 原理分析
    STC单片机下载时，需要使用宏晶公司提供的STCISP软件。下载开始时，上位机软件首先向单片机发出下载命令。自动下载系统收到上位机对单片机发出的下载命令后，实现对单片机的断电、上电冷启动操作。单片机经冷启动后，收到命令数据流后作出回应，开始下载程序。需要注意的是，单片机在正常工作中，串口有可能接收数据，由于自动下载系统与单片机串口连接，因而系统必须具有自动判断接收的数据流是否为下载命令的能力，保证及时冷启动目标单片机。
    为了检测下载程序的命令数据流，可以采用如下方法：从PC的串口引出连接线，接至PC的另一个串口，用串口调试助手打开；用STC-ISP软件发送下载命令，可以检测到在波特率为9 600 bps的情况下，该软件持续向单片机发送十六进制的0x80；当自动下载系统连续接收到足够数量的0x80时，即可判定接收到了下载命令数据流，从而进入冷启动程序。

2 系统硬件设计
2．1 主控芯片STC15F104E简介
    自动下载系统需要接收上位机发往目标单片机的下载命令程序流，并对目标单片机进行冷启动。STC15F104E是宏晶公司研发的一款单片机，具有省去一些外部电路而功能较全面的优点。
    该单片机的特点有：
    ◆内部集成了可靠复位，省去了外部复位电路。
    ◆内部集成了R／C时钟(在常温下仅有5‰温漂)，省去了外部晶振。
    ◆内部集成了2个16位可重装载定时器，与普通8051单片机兼容。
    ◆为DIP8／SOP8封装，体积较小，功耗较低。
    ◆增强型8051内核，单时钟周期，信号处理速度快，实时性较好。
    由于STC15F104E可以省去传统单片机的复位电路、外部晶振电路，且采用贴片封装，因此占用电路板面积非常小，适合集成在电路板上，因而作为本系统的主控芯片。
2．2 主控电路
    如图1所示，整个系统以STC15F104E为核心进行设计。STC15F104E的P3．0脚与目标单片机STC89C52RC的串口接收端相连，即将发往目标单片机的信号连接到自动下载系统，实现信号的获取和处理。由丁自动下载系统不需要发出任何信息，STC15F104E的P3．1引脚悬空，不与目标单片机相连。

    对目标单片机进行冷启动，实现断电、再上电，可以用三极管作为电子开关实现。必须注意到的是，三极管的最大可通过电流不要小于单片机电路的所需电流。如果三极管仅作为单片机供电的开关，由于STC89系列单片机的正常丁作模式功耗为2～7 mA，90系列三极管通常情况下可以满足需求。但在某些情况下，单片机的串口上电后会给单片机供电，使单片机各引脚电平处于不确定的状态，因而必须对目标电路板整体进行冷启动，三极管必须满足目标电路板的总电流需求。由于三极管8550的最大可通过电流为1．5 A，可以满足绝大多数电路的供电需求。所以选择三极管8550连接到目标单片机STC89C52RC的VCC脚，作为对其冷启动的开关。
    如图1所示，D1为指示灯，其亮灭可以通过STC15F104E的P3．3脚控制。在程序中加入相应的语句即可实现灯的亮灭与闪烁，以显示系统的状态。

3 系统软件设计
    STC单片机自动下载系统软件流程如图2所示。在初始化后，系统循环检测是否接收到下载信号；经过判断证实接收到下载信号后，就切断目标单片机电源；等待适当的时间后，再给目标单片机上电。单片机正常工作期间，系统接收到发往目标单片机串口的非下载命令程序，经自动判断后不作任何动作。

3．1 串口模拟程序
    由于STC15F104E没有串口，因而必须利用定时器模拟串口。其方法是，定义一个常量，根据所需要的波特率对该常量赋值，并将该常量值赋到定时所用的寄存器中。在模拟外部晶振为11．059 2 MHz、波特率为9 600 bps的情况下，设置常量BAUD为0xFE80，并将该常量赋值到TL1、TH1两个寄存器中，实现定时。每到相应时间触发定时中断程序，将外部引脚的状态读入并存入预先设定的数组中，完成模拟串口读入字节的任务。
3．2 下载命令检测程序
    在STC上位机软件发出的下载命令中，波特率为9 600 bps时数据流为连续的0x80。由于在单片机正常工作时也有可能接收0x80，下载系统只有严格检测到连续多个0x80时，才能判断为接收到了下载命令。如果其中有一个不是0x80，则重新检测计数。这里设定为当系统连续接收到200个0x80时，判定为接收到了下载命令。
3．3 冷启动操作和指示灯程序
    接收到下载命令后，STC15F104E首先关闭定时器中断，停止模拟串口的接收工作。之后将P3．4置1，切断目标单片机的电源。延迟1～2 s后置0，恢复对目标单片机的供电。考虑到STC上位机下载软件从发送下载命令到单片机开始下载大约需要1～2 s的时间，恢复供电后需要继续延迟5 s，保证目标单片机已经开始下载后再启动定时器中断。
    STC单片机接收到下载命令后，必须作出回应才能进行下载。上位机发出的下载信号同时发送到目标单片机和自动下载系统，自动下载系统中的单片机的P3．1脚悬空，而目标单片机的P3．1与上位机串口相连。这样，只有目标单片机能够回应下载命令实现下载，自动下载系统中的单片机不能回应下载命令，避免了对上位机的干扰。

结语
    本文针对STC单片机冷启动下载的特点，设计了STC单片机自动下载系统，自动判断下载命令并对目标单片机实现自动冷启动下载。由于自动下载系统是以STC15F104E为核心，在使用前仍然需要以传统冷启动方式将代码下载到STC15F104E中，之后才可以对目标单片机实现自动下载。STC单片机自动下载系统省去了操作人员手动开关电源的不便，避免了相应的机械损耗，具有较高的实用价值。