基于MSP430單片機(jī)編程器的設(shè)計

周婧 孫先松

【摘要】設(shè)計一款基于MSP430單片機(jī)的編程器件。該系統(tǒng)采用低功耗MSP430F149單片機(jī)作為核心部件，硬件部分由鍵盤、存儲器、電源、顯示、電平變換、串口和燒寫模塊組成，軟件采用C語言編程設(shè)計方法，最終實(shí)現(xiàn)編程器對89C51芯片進(jìn)行脫機(jī)燒寫，從而大大提高了燒錄芯片的速度和工作效率。

【關(guān)鍵詞】MSP430單片機(jī);89C51芯片;編程器;C語言編程設(shè)計

1.引言

單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用已滲入我們生活中各個方面，其中一個應(yīng)用就是對內(nèi)存較小的芯片大批量燒錄，就有了性能穩(wěn)定的高速編程器誕生以滿足各大廠商實(shí)現(xiàn)大量芯片燒錄的目標(biāo)。目前市場上運(yùn)用最廣泛的編程器是基于89C51的，但其功能過于單一，不能滿足日益發(fā)展的市場需求。本文提出一種采用MSP430F149單片機(jī)作為CPU控制核心的編程器。與51單片機(jī)編程器相比，MSP430單片機(jī)編程器增加了I2C存儲模塊，可無需電腦利用該編程器對芯片進(jìn)行燒錄，使燒錄過程更方便、快捷。

2.系統(tǒng)設(shè)計

基于MSP430的單片機(jī)編程器以MSP430F149為核心，主要由鍵盤、顯示、串口、燒寫、電平轉(zhuǎn)換、電源和存儲模塊構(gòu)成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

3.編程器硬件電路設(shè)計

3.1 CPU模塊

編程器核心模塊選用超低功耗MSP430F149系列單片機(jī)[1]。圖2是MSP430F149最小系統(tǒng)原理圖。Y1、Y2是晶振模塊，RST接入復(fù)位模塊，P1 為數(shù)據(jù)傳輸口，P3.0～P3.4為高4位地址輸出，P4為低8位地址輸出，P5.3、P5.4與鍵盤連接，P2、P5.0～P5.2與液晶顯示器連接，P3.6、P3.7與存儲器相連。

圖2 MSP430F149最小系統(tǒng)原理圖

3.2 串口模塊

MSP430F149提供信號電平與上位機(jī)工作電平不一致，因此要通過MAX232進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。MAX232芯片是依照RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計的接口電路，用+5V單電源供電。MAX232接MSP430F149和上位機(jī)之間進(jìn)行通訊。

3.3 存儲模塊

如圖3基于MSP430編程器的I2C存儲模塊為EEPROM存儲器，選用內(nèi)存為8KB的AT24C16芯片。MSP430F149和AT24C16之間用一根數(shù)據(jù)線SDA、一根時鐘線SCL連接。存儲器中存放將要燒寫到51單片機(jī)的程序，以滿足脫機(jī)要求。

圖3 存儲模塊連接圖

3.4 鍵盤和顯示模塊

鍵盤模塊選用PS2鍵盤，具有通用可靠、使用連線少（僅使用2根信號線）特點(diǎn)得到廣泛使用。在燒錄中主要起功能選擇作用，圖4是鍵盤模塊連接圖。

顯示模塊選用1602液晶顯示，顯示被燒寫芯片相關(guān)參數(shù)，如芯片型號、編程電壓及讀、寫、擦除等。圖5是顯示模塊連接圖，MSP430F149根據(jù)鍵盤控制命令將編程器當(dāng)前狀態(tài)和數(shù)據(jù)顯示出來。

圖4 鍵盤模塊電路原理圖

圖5 顯示模塊電路原理圖

3.5 電源模塊

電源給MSP430F149芯片提供3.3V工作電壓，也給燒錄的51芯片提供一個12V編程電壓。如圖6，+5V電源通過ASM1117-3.3V進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換產(chǎn)生3.3V電壓提供給MSP430F149單片機(jī)，另外+5V電源直接輸入到51芯片以及產(chǎn)生12V編程電壓。

圖6 電源模塊連接圖

3.6 編程模塊

編程模塊中89C51是被燒寫芯片，P0.0～P0.7為數(shù)據(jù)輸入，P1.0～P1.7為低8位地址輸入，P2.0～P2.3為高4位地址輸入而P3.6、P3.7作為功能控制端口[2]。如圖7在 51單片機(jī)外圍鏈接4片74LVC8T245實(shí)現(xiàn)3.3V向5V電壓變換。DIR對信號傳輸方向控制，當(dāng)該引腳為高電平時數(shù)據(jù)總線傳輸方向由A1～A8到B1～B8，為低電平時則反向傳輸。對連接地址和控制的3片74LVC8T245而言DIR低電平有效。

圖7 89C51單片機(jī)編程連線圖

4.編程器功能及軟件設(shè)計

基于MSP430單片機(jī)編程器具有讀、寫、校驗(yàn)和擦除的功能。這些功能可以在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下通過命令方式操作，也可以在脫機(jī)狀態(tài)下通過鍵盤控制完成，編程數(shù)據(jù)和命令傳送通過上下位機(jī)通訊實(shí)現(xiàn)。

如圖8編程器進(jìn)入中斷狀態(tài)等待接收數(shù)據(jù)，一旦接收到數(shù)據(jù)判斷是否為“命令”，若是則判斷否是“檢查”、“擦除”、“讀”或“寫”命令，若是其中命令之一，編程器就執(zhí)行相應(yīng)操作。否則返回串口中斷接收狀態(tài)等待數(shù)據(jù)到來。若接收的不是“命令”則判斷是否為“數(shù)據(jù)”，若是就將數(shù)據(jù)儲存到E2PROM，否則編程器返回中斷接收狀態(tài)。

圖8 下位機(jī)串口通訊及聯(lián)機(jī)編程程序流程圖

如圖9編程器讀取鍵盤輸入命令，若輸入“Check#”則對51單片機(jī)Flash進(jìn)行檢查，全為FFH則LCD會顯示“OK”，還顯示單片機(jī)ID、編程電壓等信息，否則顯示未擦除單元地址;若輸入“Erase#”編程器會擦除51單片機(jī)Flash中內(nèi)容并在LCD上顯示“完成”;若輸入“Read#”編程器會讀51單片機(jī)Flash中內(nèi)容到RAM中并在LCD上顯示;若輸入“Write#”編程器會把E2PROM存儲內(nèi)容寫入51單片機(jī)Flash，并在LCD上顯示“完成”;若輸入是“Verify#”編程器會對寫入Flash中的內(nèi)容進(jìn)行檢查是否與E2PROM內(nèi)容一致，若是在LCD上顯示“OK”，否則顯示錯誤FLASH單元地址;若輸入“Auto#”編程器就順序執(zhí)行擦除、檢查、寫和校驗(yàn)操作并返回等待鍵盤輸入命令。

圖9 下位機(jī)脫機(jī)編程軟件流程圖

編程器的讀、寫、擦除等功能是由如下主要函數(shù)來實(shí)現(xiàn)[3]。

#include

#include "common.h"

void Init_Read（void）{…} //讀數(shù)據(jù)初始化

char ReadByte（int addr）{…}// read數(shù)據(jù)

void EraseByte（int addr）{…}// erase數(shù)據(jù)

void CheckByte（int addr）{…}//檢查數(shù)據(jù)是否為空

void VerifyByte（int addr，int addr1）{…}//校驗(yàn)數(shù)據(jù)

void Init_Write（void）{…}//寫數(shù)據(jù)初始化

void WriteByte（int addr，char dat）{…}//write數(shù)據(jù)

char ReadID（int addr）{...}//讀芯片ID

void main（void）

{ ? char UART1_RX_Temp[10];

nRev_UART1 = 0;

nSend_TX1 = 0;

write_Flag = 0;

dat_Flag = 0;

dat_buf = 0;

nDAT_BUF_Valid = 0;

_DINT（）; //關(guān)閉中斷

Init_CLK（）;//初始化時鐘

Con_Port_Init（）;//初始化端口

CT_OE_Enable（）;

Init_UART1（）;//初始化串口1

_EINT（）;//打開中斷

ResetSM（）;

for（;;） //進(jìn)入處理循環(huán)

{… ?//各種編程命令;讀鍵盤及LCD顯示等

}

5.結(jié)語

通過基于MSP430單片機(jī)的編程器設(shè)計原理和思路的研究，實(shí)現(xiàn)對89C51等系列芯片編程操作。實(shí)際測試，該編程器能夠快速、獨(dú)立進(jìn)行芯片編程工作，大大提高燒錄芯片的速度，使其有更高的工作效率和較好的穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

[1]沈建華，楊艷琴.MSP430超低功耗單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[2]郭天祥.新概念51單片機(jī)C語言教程[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[3]曹磊.MSP430單片機(jī)C程序設(shè)計與實(shí)踐[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2007

作者簡介：周婧（1990—），女，湖北黃石人，碩士研究生，研究方向：電子與通信工程。

通訊作者：孫先松。