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单片机小白学步(10) 单片机程序下载相关知识

单片机小白学步 2,458℃ 0 4年前 (2014-10-11)

注:本篇在写《单片机入门指南系列》之前就已经写过,现在发现这篇比较合理的位置,应该是放在《单片机入门指南系列(六) 单片机最小系统——麻雀虽小,五脏俱全》之后的,但是由于之前考虑不周,所以只好放在这里了,也就不重新修改文章的位置了。

作为基础知识补充,本篇详细介绍了串口、51单片机的ISP下载等知识,虽然这些知识并不一定要很了解也能学习单片机,但是有一些概念有时对解决问题还是很有好处的。

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前面已经说了,单片机相当于一个微型电脑,所以单片机是可以执行程序的。在电脑上,我们可以上网下载各种游戏各种软件,但是单片机这灰不溜秋的一块芯片,怎么让它执行程序呢?不要急,这就给大家介绍相关知识。这里涉及到一些专业词汇,可能大家不明白,但是并没有很大影响,大致了解就好了,有兴趣的可以上网搜索去了解下。另外等学到后面,不少概念也自然就明白了。

串口(RS232、UART)

广义上而言,串行接口简称串口,也称串行通信接口,是采用串行通信方式的扩展接口。我们比较熟悉的USB接口,全名通用串行总线(Universal Serial BUS),就属于串口。串口还包括UART、RS232、RS422、RS485等。通常狭义上,我们所说的串口指的是RS232、UART这一类串口,常称为COM接口。

老式的台式计算机和部分笔记本上就有RS232串口(RS232指RS232电平的串口)。后来由于这种串口使用很少、速度较慢、体积较大而逐渐在笔记本甚至台式机上被淘汰了。

而51单片机具有UART串口(UART = Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, 通用异步收发传输器,指的是TTL电平的串口)。

UART与RS232区别主要在于其电平定义不同。UART是TTL电平,定义3~5V为高电平,表示“1”,0V为低电平,表示“0”,就和前文说的一样;而RS232是负逻辑电平,它定义+5~+12V为低电平,表示“0”,而-12~-5V为高电平,表示“1”。

标准串口指的就是RS232串口(也叫做COM接口),如图就是台式电脑机箱后面的标准串口。

给单片机下载程序

一些读者可能已经猜到,给单片机装进程序是通过电脑并且是使用串口来完成的。但是很可惜只猜对了一半。

说点题外话,为了感觉“专业”一点,以后不要再说给单片机“装程序”了,专业点的说法应该是烧写程序,或者下载程序。读者很可能会好奇为什么叫烧写程序呢?难道下载程序的时候,要用火烤一烤单片机吗?当然不是。这个就像马路为什么叫马路一样,是有来历的,想知道具体原因,还是等大家学习了单片机,了解早期ROM的工作原理再去深究吧。

回归正题,不同的单片机烧写程序的方式是不一样的。刚开始介绍STC单片机的时候,我提到了它的一个优点:可使用串口下载程序,不知读者有没有注意到。同样是51单片机,Atmel的产品分为两种,一种是早期的89Cxx系统,这种型号的单片机下载程序时,需要把单片机取下来,使用专用的编程器烧写程序,非常麻烦;另一种是后来推出的支持ISP的89Sxx系列(ISP = In System Programming,在线编程),只需要几根线连接单片机和下载器,就能轻松下载程序。

ISP在线编程

什么是ISP呢?ISP意为在线编程,其作用在于,下载程序的时候,单片机不需要从已有的电路中取下来。大家可能体会不到这样有什么好处,但是它的好处还是非常明显的。下面我举个例子。

有一天你给客户设计了一种电器,是通过单片机控制的。然后很多人都购买了,但是过了一段时间,你发现你写的程序有问题,或者有些地方需要优化一下,但是你卖出去的产品,程序已经写在里面了呀。这个时候,如果你用的单片机不支持ISP,你得亲自一个个的去找客户,把他们的产品拆下来,然后取下单片机,烧好程序,再装回去。如果你设计不当,单片机还是焊接在电路上的,取不下了,那就更惨了。

但是有了ISP就不一样了。你可以设计好产品,然后把ISP接口留出来。发现程序有问题,你把写好的新的程序发到网上,然后群发一批电子邮件,告诉你的客户,用产品附赠的下载线连接电脑和你的产品ISP接口,然后安装一个下载软件,把新的程序下载进去,就可以用了。你甚至可以在说明书上写,我们的产品软件经常会更新,请自行到官网下载最新软件,这样简直是一劳永逸。

所以一个小小的改进,就带来了如此大的变化。要用单片机,我选ISP,实惠又好用。

而STC单片机不仅支持ISP下载,而且只需要通过串口和电脑连接就可以下载,这样又省去了我们购买编程器的钱,实在是物美价廉,适合我们使用。

USB与串口的转换模块

由于USB接口与单片机的TTL串口不一样,不能直接连接,一般通过转换芯片来连接。连接到USB接口的转换芯片则要求在电脑上安装相应的驱动程序,驱动程序很容易在网上找到。

USB、RS232、UART三者之间的转换都有芯片可以实现,并且很容易买到做好的成品模块。下面给出了几种常用的转接器。

第一个是USB转TTL串口,这是最常用的一种转接器,常称为USB转TTL小板,USB-TTL转接板,常用转换芯片为PL2303,需要在电脑上安装对应驱动程序。

USB转RS232串口,常用转换芯片为CH341,使用时要在电脑上安装CH341的驱动程序,可以在百度上搜索

RS232串口转TTL串口,电平转换芯片是MAX232,如果你的电脑有串口,可以直接使用这种转接器,然后把TTL串口一端接到单片机上,这个不需要驱动程序。

也有这种集成了三种接口转换功能的 USB – RS232串口 – TTL串口转接板,如图所示。这个功能比较强大,但是电子市场不一定能买到。

市面上的成品单片机学习板,很多都提供USB接口,或者RS232串口+USB接口。一方面USB接口负责给单片机供电,另一方面,USB转TTL,或RS232转TTL已经集成在学习板上。

参考电路图

下面顺便提供这些模块的参考电路原理图,不需要掌握。如果有需要自己制作这些模块,可以参考这几个电路图。

说明: T:\2.jpg

MAX232电路图

说明: http://img.blog.163.com/photo/_d0RMrVlHYPDSDYCWyXoQQ==/5729704625922656662.jpg

PL2303电路图

USB-RS232电路图

51单片机程序的烧写

关于AT89Cxx系列单片机使用的编程器下载,以及AT89Sxx系列单片机使用的ISP方式下载程序,不做详细介绍,这里我们主要介绍STC单片机的串口下载方式。STC单片机烧写程序时,电脑端除了驱动以外,一般使用宏晶专用的STC-ISP软件进行下载。其界面如图。

这里先说一点注意事项。STC-ISP软件最好在宏晶官网下载最新版本。在首次运行时常常会出现类似下图中的情况,提示部件XXX不能注册。对应Win7系统可以先尝试右击STC-ISP的exe程序文件,选择“以管理员身份运行”(如果是XP系统,则只需以管理员身份登录计算机运行程序)。如果还是不行,则需要上网下载提示的XXX.DLL或XXX.OCX文件,放在C:\Windows\System32文件夹中,然后以管理员身份运行C:\Windows\System32\cmd.exe,输入regsvr32 C:\Windows\System32\xxx.dll回车,进行注册。这样的文件是系统动态链接库文件,是程序执行所需要的,有些电脑里没有,或者无法注册,所以会发生这种情况。

说明: E:\快照1.png

如果你已经购买了USB转串口模块,你可以安装好对应驱动并把它插到电脑的USB口上,如果是成品学习板,就用给学习板供电,然后把下载线连接到电脑上。如果一切顺利,我们可以在电脑上右击“我的电脑”(XP系统)或“计算机”(Win7以上系统),管理,打开设备管理器,在设备管理器中就能看到相应的串口,如图。

希望本篇看完了,大家把STC-ISP软件安装到自己的电脑上,有条件的把驱动也安装好。具体下载方法将在随后进行介绍。

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《单片机小白学步》系列教程(原名《单片机入门指南》)介绍

本系列教程从最基本的入门知识开始,逐步深入介绍单片机系统设计,内容包括:
1、入门篇:单片机等基本概念、各种电子设计基本知识
2、思想篇:单片机/计算机系统设计的工程思想
3、学习篇:单片机学习过程、方法和技巧,以51单片机为例介绍,并推广到其他单片机
4、应用篇:遵循规范的工程方法,设计单片机系统实例(计划设计的系统有:计算器、电子表、密码锁、简易手机,具体看有没有时间再确定)
5、原理篇:从模拟电路、数字电路开始,逐步深入介绍单片机/计算机系统原理,并自行设计简易的CPU(由于个人水平有限,这部分没有把握写好,具体内容视情况而定)

教程特点

1、技术知识点全面,从入门到精通

包含了各种基本知识,尤其是对单片机基本概念的介绍、为什么要用单片机等,在很多同类书籍教程中都被忽略了。同时也包含了一些深入的知识,包括原理篇考虑对单片机的基本原理进行介绍,有助于深入理解单片机。

本系列教程以51单片机为例进行介绍。通过51介绍完单片机的基本知识,我会再把430进行简要介绍,尤其是对比两者之间的优缺点,让大家很快感受到430的巨大优势,而学习51正好为快速了解430打下了坚实的基础。

2、除了单片机知识,还有思想、方法、技巧的介绍

本系列教程中,介绍单片机各种模块编程知识的主要是学习篇,而学习篇只是整个教程的一部分。在学习篇中我会贯穿各种方法技巧,如何理解一些模块功能,怎么看时序图,严格遵守工程思想进行编程,程序发生了错误怎么调试等等。而在思想篇中会总体介绍很多重要的思想,为后面的学习做好准备工作。

3、知识先后顺序的设计

单片机学习过程中,涉及大量的知识,而且很多知识之间相互依赖,关联很强。

本系列教程对知识的先后顺序进行比较明确的规划,尽最大可能符合人的认知过程。但是实际规划时发现,无论怎么调整知识的顺序,总有一些知识之间相互依赖,关系复杂。例如开始讲IO口的时候肯定会提到寄存器,而寄存器这个词的理解,需要深厚的背景知识。但是这些背景知识在没有进行实践的时候也很难理解。

初学者常常就会在这样的地方感觉疑惑不解,不知所措。而每次遇到类似这样的知识,我会向初学者指出,应该如何对待。这个知识是应该自己去学习补充,还是等到学完原理篇再做理解,而现在又应该怎么去看待这个名词。

另外,在整个教程的学习前,需要掌握一定的C语言等基础知识,具体可参考教程第〇篇《序》中的相关说明
http://www.paincker.com/mcu-primer-0

4、语言通俗易懂

本系列教程力求语言通俗易懂,而不会用一堆新手不懂的词语去解释另一个不懂的词语。但是受限于个人语言表达能力,可能有些地方表述的比较繁琐,或者不清楚,希望大家能够帮忙指出。

其他问题

如果觉得我写的对你有帮助,欢迎多多反馈,包括写的不正确、不合理、不太明白都可以指出来,这样方便我对其进行完善。

更多可参见:《如何以学习单片机为契机,逐步成为优秀的工程师》
http://www.paincker.com/mcu-engineer

本系列教程首发于我的个人主页,欢迎访问(由于是国外服务器,速度稍微有点慢):
http://www.paincker.com/category/hacker/mcu-primer

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