C8051F单片机程序烧录装置论文和设计-贺海诚

全文摘要

本实用新型公开的一种C8051F单片机程序烧录装置，旨在提供一种方便快捷通用性强的程序烧录装置。本实用新型通过下述技术方案予以实现：PC机通过USB数据线连接微控制器MCU，通过C2D数据线和C2CK时钟线连接C8051F单片机，其程序通过USB数据线传输到所述微控制器MCU，C8051F单片机通过插槽接入支持USB通信协议以及模拟了C2线协议时序接口，USB设备以USB通信协议中的批量传输模式，在PC机和USB设备间传输数据，MCU通过内置编写好的固件来识别PC机转发下来的指令，完成C8051F单片机程序烧录操作。本实用新型解决了在WIN10系统上烧录C8051F单片机程序时很难进行操作的问题。

主设计要求

1.一种C8051F单片机程序烧录装置，包括：提供了硬件USB通信接口的微控制器MCU，其特征在于：运行着上位机程序的PC机通过USB数据线连接上述微控制器MCU，C8051F单片机程序通过USB数据线传输到所述微控制器MCU，微控制器MCU通过C2D数据线和C2CK时钟线连接C8051F单片机，C8051F单片机通过插槽接入支持了USB2.0通信协议以及模拟了C2线协议时序接口，USB设备以USB通信协议中的批量传输模式，在PC机和USB设备间传输数据，微控制器MCU通过内置的已预先编写好的固件来识别PC机转发下来的指令，完成C8051F单片机程序的烧录操作。

设计方案

2.如权利要求1所述C8051F单片机程序烧录装置，其特征在于：装置上设有指示灯1和指示灯2，C8051F单片机插槽的单元电路。

3.如权利要求2所述C8051F单片机程序烧录装置，其特征在于：与微控制器MCU相连的指示灯1和指示灯2用来反映烧录C8051F单片机程序操作的进度及结果，伴随程序的烧录，指示灯触发电路会触发指示灯1闪烁，指示C8051F单片机程序正在被烧录中，并在上位机程序界面上显示烧录程序时的进度条。

4.如权利要求2所述C8051F单片机程序烧录装置，其特征在于：指示灯触发电路由串联在电源VCC与微控制器MCU的一个GPIO引脚之间串联电路上的串联电阻R和发光二极管组成。

5.如权利要求4所述C8051F单片机程序烧录装置，其特征在于：串联电阻R的阻值为100KΩ或者更大。

6.如权利要求1所述C8051F单片机程序烧录装置，其特征在于：微控制器MCU内置了已预先编写好的固件，该固件实现了USB2.0通信协议中的批量传输模式、以及模拟了C2线协议时序。

7.如权利要求1所述C8051F单片机程序烧录装置，其特征在于：PC机上运行的上位机程序通过USB数据线发送各种指令至微控制器MCU，C8051F单片机作为目标机，工作在从机模式，微控制器MCU识别接收到的指令，通过内置固件完成对C8051F单片机的各种操作，此时微控制器MCU作为宿主机，工作在主机模式。

8.如权利要求1所述C8051F单片机程序烧录装置，其特征在于：C8051F系列单片机C2接口使用一个时钟信号C2CK和一个双向C2数据信号在器件和宿主机之间传送信息，微控制器MCU作为C2接口的宿主机，C8051F系列单片机作为C2接口的目标机，微控制器MCU利用GPIO端口并通过内置的固件来模拟C2线的协议时序，对C8051F系列单片机进行各种操作。

9.如权利要求1所述C8051F单片机程序烧录装置，其特征在于：C8051F系列单片机C2接口中所有的数据发送和接收都是数据最低位在前，通过4个基本的数据帧格式来完成数据传输，C2协议中指定一个C2宿主机访问一个C2目标机，通过一个地址寄存器和一系列数据寄存器，C2接口对C8051F系列单片机进行片上编程和调试，C2CK信号的起始状态启动每一个C2数据帧的传输，C2CK信号的停止状态终止每一个C2数据帧的传输。

10.如权利要求1所述C8051F单片机程序烧录装置，其特征在于：USB体系包括USB主机、USB功能设备和USB HUB以及物理连接三个部分，其中主机是一个提供USB接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复合体，所有的传输都由主机发起，任何时刻整个USB体系内仅允许一个数据包的传输；物理连接是USB的数据传输线，USB采用轮询的广播机制传输数据，即不同物理传输线上看到的数据包都是同一被广播的数据包。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及利用C8051F单片机进行嵌入式产品开发时在WIN10系统上烧录C8051F单片机程序的实现装置。

背景技术

在现有技术的嵌入式产品开发中，由Silicon Labs公司推出的C8051F系列单片机因其高度集成性、性能高、封装小、功耗低、成本低等特点，已被广泛地作为核心器件微控制器MCU使用。C8051F系列单片机是基于CIP-51微控制器内核的SOC芯片，和MCS-51系列相比，CIP-51内核与MCS-51指令集完全兼容，可以使用标准803x\/805x的汇编器和编译器进行软件开发。在硬件设计上它采用流水线结构，机器周期由标准的12个系统时钟周期降到1个，因此指令执行速度有很大的提高。CIP-51内核具有标准8052的所有外设部分，比如计数器\/定时器、内部RAM等。C8051F系列单片机在 CIP-51内核和外设方面有多项关键性的改进，提高了整体性能，更易于在最终嵌入式开发应用中使用。

C8051F系列单片机具有片内Silicon Labs 2线（C2）接口调试电路，支持FLASH编程、边界扫描和使用安装在最终应用系统中的产品器件进行非侵入式、全速的在系统调试。C2接口使用一个时钟信号（C2CK）和一个双向的C2数据信号（C2D）在器件和宿主机之间传送信息。C2接口类似于JTAG接口，JTAG接口的三个数据信号（TDI，TDO，TMS）对应于C2接口的一个双向数据信号（C2D）。C2D的信号方向严格地由C2接口规范中的指令决定。C2接口中所有的数据发送和接收都是数据最低位在前。C2CK信号的起始状态启动了每一个C2数据帧的传输，C2CK信号的停止状态终止了每一个C2数据帧的传输。通过一个地址寄存器和一系列数据寄存器，C2接口可以对C8051F系列单片机进行片上编程和调试硬件。在数据寄存器读写指令期间（类似于JTAG接口的指令寄存器），地址寄存器决定了要访问的数据寄存器。数据寄存器提供了访问各类设备相关功能的权限。

对所有寄存器的读写访问都是通过一个移位寄存器来实现的。一个C2宿主机访问一个C2目标机是通过4个基本的数据帧格式来完成的：写地址、读地址、写数据、读数据。C2接口规范也指定了这四个基本的数据帧格式应遵循的C2时序，C2目标机在C2CK时钟信号的上升沿采集接收的数据和更新需要发送的数据。C2接口的使用，使得烧录C8051F单片机程序变得更为方便、快捷、简单。

市面上存在的另一种C8051F单片机程序的烧录方式是借助于专用的C2调试器，但使用该方式存在一定的不便性。一方面C2调试器需购买，价格比较贵，且不便于后续进行功能扩展，比如有的C2调试器只能够烧写特定类型的C8051F单片机程序，这样使得在利用C8051F单片机进行嵌入式开发时存在很大的局限性，因为只有特定类型的C8051F单片机可供选择。另一方面在使用C2调试器之前，PC机需要先安装Keil C和Flash ProgrammingUtility等专业软件，然后还需要进行一系列的软件参数设置，使用这些专业软件进行程序烧录时还常会出现无法烧录，提示连接失败的情况，使得操作比较麻烦。在烧录C8051F单片机程序时，系统要求C2调试器具备输入\/输出点可灵活配置、多通信端口、可现场修改配置等性能，这一系列的性能要求，使得C2调试器工作时存在一定的功耗问题。因此为了降低功耗，往往将大量数据缓存，在一定的时间集中发送，需要比较大的数据存储区。另外，作为现场可编程设备，需要设定大量的参数，而这些参数都需要掉电保持，因此C2调试器内部还可能需要配备额外的EEPROM来存储这些参数，增加了C2调试器的成本。还有就是驱动软件兼容性问题，运行在最新的WIN10系统上时会出现异常。因此在需要给C8051F单片机烧录程序时，无法在最新的WIN10系统上进行操作，如何将程序烧写进单片机存在一定的难度和不方便性。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的不方便性，提供一种使用环境简单，传输速度快，烧录稳定可靠，具有较强的通用性，支持在WIN10系统上能够轻松烧录C8051F单片机程序，同时还可以读取设备信息（ID，地址，编号，配置）的实现装置，以解决在需要给C8051F单片机烧录程序时，很难在最新的WIN10系统上进行操作的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是，一种C8051F单片机程序烧录装置，包括：提供了硬件USB通信接口的微控制器MCU，其特征在于：运行着上位机程序的PC机通过USB数据线连接上述微控制器MCU，C8051F单片机程序通过USB数据线传输到所述微控制器MCU，微控制器MCU通过C2D数据线和C2CK时钟线连接C8051F单片机，C8051F单片机通过插槽接入支持了USB2.0通信协议以及模拟了C2线协议时序接口，USB设备以USB通信协议中的批量传输模式，在PC机和USB设备间传输数据，微控制器MCU通过内置的已预先编写好的固件来识别PC机转发下来的指令，完成C8051F单片机程序的烧录操作。

本实用新型具有如下有益效果。

使用环境简单。本实用新型采用提供了硬件USB通信接口的微控制器MCU，操作环境只需一台预安装有USB驱动程序及运行着上位机程序的PC机、一根USB数据线、一个C8051F单片机程序烧录装置即可搭建完成，整个装置的构造设计、搭建并不复杂，可以应用到实际的利用C8051F单片机进行嵌入式产品开发中。

传输速度快、烧录稳定可靠。本实用新型采用已支持USB2.0通信协议以及模拟了C2线协议时序并内置了固件的微控制器MCU，通过PC机和USB设备间数据的传输，数据传输实时可靠，运行稳定。运用支持USB2.0通信协议中的批量传输模式，传输速度快，很大程度地缩短了烧录C8051F单片机程序所需的时间。并且采用的PC机上也运行有上位机程序，微控制器MCU通过内置的已预先编写好的固件来识别PC机转发下来的指令，完成包括读取C8051F单片机的设备ID号、flash内容的读取、擦除、写入等各种操作，烧录十分的稳定可靠，不易导致烧录失败。在利用C8051F单片机进行嵌入式产品开发时，使得烧录C8051F单片机程序的操作变得更为方便快捷。

使用操作便捷。本实用新型由于使用了USB2.0协议中的批量传输模式，在程序烧录过程中，传输速度快，只需操作人员按照步骤在PC机上安装USB驱动程序，按照要求简单地操作PC机上的上位机程序界面，即可自动地完成烧录C8051F单片机程序所需的一整套流程。在使用过程中有效地避开了各种人为的影响，减少了人工的工作量，提高了效率。

具有较强的通用性。本实用新型采用提供了硬件USB通信接口，以及通过C2线的C2D数据线和C2CK时钟线连接C8051F单片机的微控制器MCU，通过PC机上已预安装有固件所需的USB驱动程序，完成C8051F单片机程序的烧录操作，提供了一种行之有效的支持在最新的WIN10系统上使用，支持C8051F单片机系列（比如C8051F300、C8051F320、C8051F330、C8051F336、C8051F392等）程序烧录操作在WIN10系统上正常运转的装置。有效解决了在需要给C8051F单片机烧录程序时，无法在最新的WIN10系统上进行操作的问题，并且能够实现Silicon Labs公司推出的C8051F系列单片机程序的烧录，并不局限于那几种特定的单片机类型，使用范围非常广泛。

操作结果直观。本实用新型能够非常直观地显示烧录C8051F单片机程序操作的进度及结果。伴随程序的烧录，指示灯1闪烁，并在上位机程序界面上显示烧录程序时的进度条；当烧录程序的操作完成时，指示灯2发光，如果在上位机程序界面上显示操作成功字样，则说明程序已正确地被烧录到C8051F单片机中；如果在上位机程序界面上显示操作失败字样，则说明C8051F单片机程序在烧录过程中出现了异常，有待解决。其效果达到了预期要求。

附图说明

图1是本实用新型C8051F单片机程序烧录装置的电路连接示意框图。

图2是图1微控制器MCU的指示灯触发电路示意图。

图3是C8051F330单片机上的C2引脚定义图。

具体实施方式

参阅图1。在以下描述的实施例中，一种C8051F单片机程序烧录装置，包括：提供了硬件USB通信接口的微控制器MCU，其特征在于：运行着上位机程序的PC机通过USB数据线连接上述微控制器MCU，C8051F单片机程序通过USB数据线传输到所述微控制器MCU，微控制器MCU通过C2D数据线和C2CK时钟线连接C8051F单片机，C8051F单片机通过插槽接入支持了USB2.0通信协议以及模拟了C2线协议时序接口，USB设备以USB通信协议中的批量传输模式，在PC机和USB设备间传输数据，微控制器MCU通过内置的已预先编写好的固件来识别PC机转发下来的指令，完成C8051F单片机程序的烧录操作。

上述C8051F单片机程序烧录装置，主要包括两大部分：安装有USB驱动程序且运行着上位机程序的PC机以及C8051F单片机程序烧录装置。PC机上已预安装有USB驱动程序，且运行有上位机程序；微控制器MCU设有指示灯1和指示灯2，C8051F单片机设有插槽等单元电路。PC机通过USB数据线与微控制器MCU相连，并安装有USB驱动程序，以支持在WIN10系统上PC机能够与装置进行正常通信。微控制器MCU内置已预先编写好的固件实现了USB2.0通信协议中的批量传输模式。PC机上运行的上位机程序通过USB数据线可以发送各种指令至微控制器MCU，微控制器MCU将C8051F单片机作为目标机，工作在从机模式，微控制器MCU识别接收到的指令，通过内置固件完成对C8051F单片机的各种操作，此时微控制器MCU作为宿主机，工作在主机模式。

微控制器MCU对指令进行分析之后通过C2线协议，启动对C8051F单片机进行各种相应的操作，比如读取C8051F单片机的设备ID号、flash内容的读取、擦除、写入等。由于USB通信采用了批量传输模式，数据传输速度快，因此可以极大地改善C8051F单片机程序的烧录时间，提高了效率。

PC机通过USB数据线相连微控制器MCU，C8051F单片机通过插槽接入微控制器MCU，然后通过上位机程序发送相应的指令来实现微控制器MCU对C8051F单片机的各种操作。与微控制器MCU相连的指示灯1和指示灯2用来反映烧录C8051F单片机程序操作的进度及结果，伴随程序的烧录，指示灯触发电路会触发指示灯1闪烁，指示C8051F单片机程序正在被烧录中，并在上位机程序界面上显示烧录程序时的进度条；当烧录程序的操作完成时，指示灯触发电路会触发指示灯2发光，指示烧录程序操作已完成，如果在上位机程序界面上显示操作成功字样，则说明程序已正确地被烧录到C8051F单片机中，如果在上位机程序界面上显示操作失败字样，则说明C8051F单片机程序在烧录过程中出现了异常。

微控制器MCU通过C2线的C2D数据线和C2CK时钟线相连插槽上的C8051F单片机。该C2线的协议时序是通过微控制器MCU的两个GPIO端口模拟出来的。C8051F系列单片机具有片内Silicon Labs 2线C2接口调试电路，支持FLASH编程、边界扫描和使用安装在最终应用系统中的产品器件进行非侵入式、全速的在系统调试。C8051F系列单片机C2接口使用一个时钟信号C2CK和一个双向C2数据信号，实现了在器件和宿主机之间传送信息，微控制器MCU作为C2接口的宿主机，C8051F系列单片机作为C2接口的目标机，利用GPIO端口并通过内置的固件来模拟C2线的协议时序，完成对C8051F系列单片机的各种操作。此时，C2D的信号方向严格地由C2接口规范中的指令决定。C8051F系列单片机C2接口中所有的数据发送和接收都是数据最低位在前，通过4个基本的数据帧格式来完成数据传输，C2协议中指定一个C2宿主机访问一个C2目标机，通过一个地址寄存器和一系列数据寄存器，C2接口可以对C8051F系列单片机进行片上编程和调试，C2CK信号的起始状态启动了每一个C2数据帧的传输，C2CK信号的停止状态终止了每一个C2数据帧的传输。写地址、读地址、写数据、读数据这4个基本的数据帧格式传输时序要严格满足C2协议中的要求，具体的C2时序包括了：器件复位时C2CK低电平的保持时间，每位数据传输时C2CK低电平的保持时间，C2CK高电平的保持时间，C2D的建立时间，C2D的保持时间，C2D高阻态的建立时间，C2D有效的保持时间，以及C2D高阻态有效的保持时间等。微控制器MCU接收到PC机上位机程序通过USB数据线转发下来的数据及指令，并进行识别，然后通过C2线完成对C8051F单片机的各种操作，比如读取C8051F单片机的设备ID号、flash内容的读取、擦除、写入等。

USB数据批量传输模式的使用涉及到PC机端的USB驱动程序的开发和微控制器MCU端的USB批量传输协议的编写。USB驱动程序支持在最新的WIN10系统上安装并运转，兼容性方便有了很大的提升。USB是一种通用串行总线（Universal Serial Bus），具有传输速度快，使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电等特点，可以连接各类外部设备，使用方便快捷。USB使用差分信号来传输数据，最高速度可达480Mb\/s。USB体系包括USB主机、USB功能设备和USB HUB以及物理连接三个部分，其中主机是一个提供USB接口及接口管理能力的硬件、软件及固件的复合体，可以是PC机，也可以是OTG设备；所有的传输都由主机发起，任何时刻整个USB体系内仅允许一个数据包的传输，物理连接即指的是USB的数据传输线。USB采用轮询的广播机制传输数据，即不同物理传输线上看到的数据包都是同一被广播的数据包。USB体系支持了四种基本的数据传输模式，它们是：控制传输：主要用于在设备连接时对设备进行枚举以及其它因设备而异的特定操作；中断传输：用于对延迟要求严格、小量数据的可靠传输，如键盘、游戏手柄等；批量传输：用于对延迟要求宽松，大量数据的可靠传输，如U盘等；同步传输：用于对可靠性要求不高的实时数据传输，如摄像头、USB音响等。由于该装置是用来实现烧录C8051F单片机的程序，传输数据量大，但对数据传输实时性要求不高，因此该实现装置优选了USB的批量传输模式。批量传输使用批量事务传输数据，一次批量事务分为三个阶段：令牌包阶段、数据包阶段和握手阶段。批量传输分为批量读和批量写，批量读使用批量输入事务，批量写使用批量输出事务。主控制器MCU负责主机和USB设备间数据流的传输。这些传输数据被当作连续的比特流。每个设备提供了一个或多个可以与客户程序通信的接口，每个接口由0个或多个管道组成，它们分别独立地在客户程序和设备的特定终端间传输数据。主控制器MCU为主机软件的实现需求建立了接口和管道，当提出配置请求时，主控制器MCU根据主机软件提供的参数提供服务。

参阅图2。指示灯触发电路由串联在电源VCC与微控制器MCU的一个GPIO引脚之间串联电路上的串联电阻R和发光二极管组成。其中串联电阻R的阻值为100KΩ或者更大。所述的指示灯是LED灯。

参阅图3。以C8051F330单片机为例，该单片机共有图3所示定义的20个引脚。其中有1个地脚，1个供电脚，1个复位引脚，17个GPIO通用引脚，C2线的C2CK时钟线引脚复用了复位引脚，位于4号，C2线的C2D数据线引脚复用了P2.0引脚，位于5号。微控制器MCU与C8051F单片机的数据通信就是通过C2D数据线、C2CK时钟线这两根实现的，微控制器MCU作为C2线的宿主机，C8051F单片机作为C2线的目标机，微控制器MCU就可以对C8051F单片机进行各种操作，比如读取C8051F单片机的设备ID号、flash内容的读取、擦除、写入等。通过该一系列的操作，可以达到在WIN10系统上烧录C8051F单片机程序的目的。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些变更和改变应视为属于本实用新型的保护范围。

设计图

C8051F单片机程序烧录装置论文和设计

C8051F单片机程序烧录装置论文和设计-贺海诚

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