CN102902551A - 基于单片机实现对讲设备程序升级的系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于单片机实现对讲设备程序升级的系统，包括单片机、U盘控制芯片、稳压源模块、LED指示灯、蜂鸣器、键盘、USB接口、串口缓冲模块以及输入输出模块，单片机控制CH376芯片读取U盘中的需要升级的程序文件，再通过单片机的串口缓冲模块发送给对讲设备(该对讲设备包括对讲机、车载台等设备)，实现对讲设备程序的更新升级。本发明还提供了一种基于单片机实现对讲设备程序升级的方法，本发明升级过程只需要按键盘即可实现自动升级，无需PC即可实现代码升级；具有结构小巧、成本低廉、方便携带可以实现随时随地为对讲设备进行程序升级的特点。

Description

基于单片机实现对讲设备程序升级的系统及其方法

【技术领域】

本发明涉及嵌入式系统技术领域，尤其涉及一种基于单片机实现嵌入式系统程序升级的系统及其方法。

【背景技术】

传统的对对讲设备进行程序的升级：通常是在PC上通过下载软件以及一些繁琐的操作，然后通过安装的软件将升级的程序文件才能进行设备的代码升级，主要存在如下问题：首先必须通过PC设备下载，就算是笔记本也很笨重，而且还要装USB转串口下载软件对win7兼容性不好等，这样导致了很多麻烦。

现有技术中提供了一种“嵌入式远程智能升级装置”，见公开号为：CN202135171U，公开日为：2012.02.01的中国专利，该嵌入式远程智能升级装置包括单片机、网络接口、通信接口和存储器，单片机分别与网络接口、通信接口和存储器通信连接；还包括人机接口，人机接口包括LCD显示屏和输入键盘，LCD显示屏和输入键盘分别与单片机通信连接。该实用新型的技术效果在于，可通过网络接口连接Interner，并连接远程服务器以达到使用PC机通过因特网远程访问单片机系统。同时，在不改变硬件的情况下，通过以太网下载版本最新、功能更强的用户程序，达到远程软件的自动更新升级目的。但该发明是实现远程升级，需经过因特网，且该升级的程序也是通过PC机进行升级。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种基于单片机实现对讲设备程序升级的系统，其具有结构小巧、成本低廉、方便携带可以实现随时随地为对讲设备进行程序升级的特点。

该技术问题之一是这样实现的：一种基于单片机实现对讲设备程序升级的系统，包括单片机、U盘控制芯片、稳压源模块、LED指示灯、蜂鸣器、键盘、USB接口、串口缓冲模块以及输入输出模块，所述输入输出模块包括水晶头和USB母头；所述USB接口与所述U盘控制芯片连接，所述U盘控制芯片、键盘、LED指示灯、蜂鸣器、串口缓冲模块均与所述单片机连接；所述稳压源模块分别与所述USB接口、U盘控制芯片、键盘、LED指示灯、蜂鸣器以及单片机连接；所述水晶头、USB母头均与所述串口缓冲模块连接。

进一步地，所述U盘控制芯片为CH376芯片，所述单片机为STC11L60XE芯片，所述串口缓冲模块为74HC04缓冲器。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种基于单片机实现对讲设备程序升级的方法。

该技术问题之二是这样实现的：一种基于单片机实现对讲设备程序升级的方法，所述方法需提供一程序升级系统，所述系统包括单片机、U盘控制芯片、LED指示灯、蜂鸣器、键盘、USB接口、串口缓冲模块以及输入输出模块，所述输入输出模块包括水晶头和USB母头；所述方法包括如下步骤：

步骤10、将不同类型的待升级程序文件拷贝于一U盘中，并将U盘插入所述系统的USB接口，将不同类型的待升级程序文件分别与自然数进行一一映射，同时将所述对讲设备经输入输出模块与串口缓冲模块进行通信；

步骤20、所述U盘控制芯片负责管理U盘中的各类型的待升级程序文件，将各类型的待升级程序文件读取到单片机中，单片机控制LED指示灯亮起，此时对讲设备发送需要升级的待升级程序文件请求，单片机根据所述键盘敲入的自然数来选择对应的需要升级的待升级程序文件传输到所述串口缓冲模块中，所述串口缓冲模块通过串口通信协议与所述对讲设备进行交互；

步骤30、所述对讲设备需要升级的各待升级程序文件都传输到所述对讲设备后，所述单片机控制蜂鸣器进行提醒，对讲设备并完成升级。

本发明具有如下优点：本发明以单片机为核心，单片机控制CH376芯片读取U盘中的需要升级的程序文件，再通过单片机的串口缓冲模块发送给对讲设备(该对讲设备包括对讲机、车载台等设备)，实现对讲设备程序的更新升级。本发明升级过程只需要按键盘即可实现自动升级，无需PC即可实现代码升级。本发明具有结构小巧、成本低廉、方便携带可以实现随时随地为对讲设备进行程序升级的特点。

【附图说明】

图1为本发明程序升级系统的示意图。

图2为本发明程序升级系统详细的电路结构示意图。

图3为本发明的U盘控制芯片的结构原理图。

图4为本发明单片机的结构原理图。

图5为本发明稳压源模块的结构原理图。

图6是本发明程序升级方法的流程图。

图7是本发明串口缓冲模块与对讲设备的信息交换协议图。

图8是本发明的串口缓冲模块的串口中断服务程序流程图。

图9是本发明的单片机主程序的流程图。

【具体实施方式】

如图1所示，本发明的一种基于单片机实现对讲设备程序升级的系统，包括单片机1、U盘控制芯片2、稳压源模块3、LED指示灯4、蜂鸣器5、键盘6、USB接口7、串口缓冲模块8以及输入输出模块9，所述输入输出模块9包括水晶头91和USB母头92；所述USB接口7与所述U盘控制芯片2连接，所述U盘控制芯片2、键盘6、LED指示灯4、蜂鸣器5、串口缓冲模块8均与所述单片机1连接；所述稳压源模块3分别与所述USB接口7、U盘控制芯片2、键盘6、LED指示灯4、蜂鸣器5以及单片机1连接；所述水晶头91、USB母头92均与所述串口缓冲模块8连接；其中所述U盘控制芯片2为CH376芯片，所述单片机1为STC11L60XE芯片，所述串口缓冲模块8为74HC04缓冲器。

如图2所示，为本发明程序升级系统详细的电路结构示意图。所述STC11L60XE芯片的P0.0～P0.7脚分别对应与所述CH376芯片的D0～D7脚连接；所述STC11L60XE芯片的P2.0脚与所述CH376芯片的A0脚连接；所述STC11L60XE芯片的P2.1脚与所述CH376芯片的PCS#脚连接；所述STC11L60XE芯片的WR脚与所述CH376芯片的WR#脚连接；所述STC11L60XE芯片的RD脚与CH376芯片的RD#脚连接；所述STC11L60XE芯片的INT0脚与CH376芯片的INT#脚连接；所述STC11L60XE芯片的P1.0～P1.5脚均与所述LED指示灯4连接；所述STC11L60XE芯片的RXD、TXD、GND脚均与所述对讲设备10连接；所述STC11L60XE芯片的P1.7与所述蜂鸣器5连接；所述CH376芯片的UD+、UD-脚与所述USB接口7连接；键盘6与STC11L60XE芯片连接。

如图3所示，为本发明的U盘控制芯片的结构原理图。图中U3为CH376芯片，P3为USB接口用于连接U盘，X2为提供CH376芯片运作的晶振片，C11、C12、C13、C14为电容，R10为电阻，L6为LED指示灯。图中诸如VUSB、VCC等为网络标号用于分别和单片机模块以及稳压源模块连接。

如图4所示，为本发明单片机的结构原理图。图中U1为单片机1，P2为USB接口，P4为水晶头，K1、K2和K3为按键，R1、R2和R4为电阻，U2A、U2B、U2C、U2D为74HC04缓冲器，C7、C9、C10为电容。VCC、D0～D7等为网络标号用于和CH376芯片模块以及稳压源模块连接；X1为提供单片机运作的晶振片。

如图5所示，为本发明稳压源模块的结构原理图。所述稳压源模块3包括电源接口P1、电源开关S1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、LM117集成电路D1、二极管D2以及LM2940集成电路D3；所述电源接口P1的1脚与电源开关S1连接，所述电源接口P1的2脚与信号地连接；所述电源开关S1与LM2940集成电路D3的Vin脚连接；所述电容C1一端与所述电源开关S1连接，另一端接信号地；所述电容C2一端与所述LM2940集成电路D3的Vin脚连接，另一端接信号地；所述LM2940集成电路D3的GND脚接信号地；所述LM2940集成电路D3的+5V脚与所述LM117集成电路D1的VCC脚连接，所述二极管D2的正极与所述LM2940集成电路D3的+5V脚连接，二极管D2的负极与所述LM2940集成电路D3的Vin脚连接；所述电容C3一端与所述LM117集成电路D1的VCC脚连接，另一端接信号地；所述电容C4的一端与所述LM117集成电路D1的3V3脚连接，另一端接信号地，所述电容C5和电容C6并联于所述电容C4两端；所述LM117集成电路D1的GND脚接信号地；所述LM117集成电路D1的0脚分别与所述USB接口、U盘控制芯片、键盘、LED指示灯、蜂鸣器以及单片机连接。该稳压源模块3稳有5V稳压和3.3V稳压。

这里要说明的是：对于非PC类的嵌入式系统，必须通过嵌入式USB主机控制器来管理主机到设备的数据传输，本发明选用U盘文件管理控制芯片CH376来实现。因为整个USB协议框架非常复杂，所以就需要单片机具有足够的RAM，用以处理大量的数据缓冲区、变量、数据存储等等。其次系统要有大量的程序存储区，一般Flash的需求大概在10kb～60kb。基于程序存储容量和处理数据以及低功耗，后续扩展的考虑，因此本系统采用宏晶科技的STC11L60XE单片机。

由于和本系统联调的对讲设备波特率要求为115200b/s，而波特率的计算公式：

要达到如上波特率，采用串口工作方式2则需要7.3728MHz或者3.6864MHz的晶振片；采用串口工作方式1，若设置SMOD为1，定时器工作方式为2，则由波特率计算公式可知：

若TH1装初值为0xff(X＝255)，则f_soc需选用22.1184MHz晶振片。为了提高单片机的处理速度，本系统选用22.1184MHz的晶振片。

如图6所示，是本发明程序升级方法的流程图。一种基于单片机实现对讲设备程序升级的方法，所述方法需提供一程序升级系统，所述系统(如图1所示)包括单片机1、U盘控制芯片2、LED指示灯4、蜂鸣器5、键盘6、USB接口7、串口缓冲模块8以及输入输出模块9，所述输入输出模块9包括水晶头91和USB母头92；所述方法包括如下步骤：

步骤10、将不同类型的待升级程序文件拷贝于一U盘中，并将U盘插入所述系统的USB接口，将不同类型的待升级程序文件分别与自然数进行一一映射(如有9种不同类型的待升级程序文件，则依次将9种不同类型的待升级程序文件与数字1～9进行映射起来)，同时将所述对讲设备经输入输出模块与串口缓冲模块进行通信；

步骤20、所述U盘控制芯片负责管理U盘中的各类型的待升级程序文件，将各类型的待升级程序文件读取到单片机中，单片机控制LED指示灯亮起，此时对讲设备发送需要升级的待升级程序文件请求(需要升级的待升级程序文件如：第3种和第4种类型)，单片机根据所述键盘敲入的自然数(自然数输入3和4)来选择对应的需要升级的待升级程序文件传输到所述串口缓冲模块中，所述串口缓冲模块通过串口通信协议与所述对讲设备进行交互；

步骤30、所述对讲设备需要升级的各待升级程序文件都传输到所述对讲设备后，所述单片机控制蜂鸣器进行提醒，对讲设备并完成升级。

其中，所述U盘控制芯片为CH376芯片，所述单片机为STC11L60XE芯片，所述串口缓冲模块为74HC04缓冲器。

所述程序升级系统系统包括一稳压源模块3(如图5所示)，所述稳压源模块3为所述系统提供电源，该稳压源模块包括电源接口P1、电源开关S1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、LM117集成电路D1、二极管D2以及LM2940集成电路D3；所述电源接口P1的1脚与电源开关S1连接，所述电源接口P1的2脚与信号地连接；所述电源开关S1与LM2940集成电路D3的Vin脚连接；所述电容C1一端与所述电源开关S1连接，另一端接信号地；所述电容C2一端与所述LM2940集成电路D3的Vin脚连接，另一端接信号地；所述LM2940集成电路D3的GND脚接信号地；所述LM2940集成电路D3的+5V脚与所述LM117集成电路D1的VCC脚连接，所述二极管D2的正极与所述LM2940集成电路D3的+5V脚连接，二极管D2的负极与所述LM2940集成电路D3的Vin脚连接；所述电容C3一端与所述LM117集成电路D1的VCC脚连接，另一端接信号地；所述电容C4的一端与所述LM117集成电路D1的3V3脚连接，另一端接信号地，所述电容C5和电容C6并联于所述电容C4两端；所述LM117集成电路D1的GND脚接信号地；所述LM117集成电路D1的0脚分别与所述USB接口、U盘控制芯片、键盘、LED指示灯、蜂鸣器以及单片机连接。

如图7所示，是本发明串口缓冲模块与对讲设备的信息交换协议图。所述步骤20所述串口缓冲模块通过串口通信协议与所述对讲设备进行交互具体为：对讲设备先对串口缓冲模块发送握手请求，串口缓冲模块确认后给对讲设备发送确认信息，并等待需要发送哪种类型的待升级程序文件；对讲设备发送需要升级的待升级程序文件请求，并发送需要升级的各待升级程序文件的大小信息，串口缓冲模块收到请求和各待升级程序文件的大小信息后，将需要升级的待升级程序文件传输给对讲设备，对讲设备接收文件进行保存，并发送保存成功信息给串口缓冲模块。其中，串口缓冲模块的串口波特率设置为115200b/s，串口通信协议接收的协议字符串比较方式为全部接收完成进行统一比较。

如图8所示，是本发明的串口缓冲模块的串口中断服务程序流程图。该中断服务程序通过接收到的信息判断对讲设备的请求，在中断服务程序中定义了一sendstage变量，该变量供单片机主程序查询调用；在判断对讲设备的请求时，根据请求的情况相应的赋值给sendstage变量以供单片机主程序查询调用。先判断其串口缓冲模块的串口中断服务程序是否是接收引起的中断，否，则进行监测判断；是，则判断是否收到对讲设备发送的“\r”换行字符和“/n”回车字符，否，则串口缓冲模块暂存升级程序文件，是，则继续判断是否接收对讲设备发送的字符串1：If no key pressed within 1 second，run lt application是，则给sendstage变量赋值1并结束串口中断服务程序，否则继续判断是否接收对讲设备发送的字符串2：Load App to Ram and Run是，则给sendstage变量赋值2并结束串口中断服务程序，否则继续判断是否接收对讲设备发送的字符串3：Please enter the size of APP file to bedownloaded是，则给sendstage变量赋值3并结束串口中断服务程序，否则继续判断是否接收对讲设备发送的字符串4并结束串口中断服务程序：Please send app image to target是，则给sendstage变量赋值4，否则继续判断是否接收对讲设备发送的字符串5：APP update complete！Please reboot是，则给sendstage变量赋值5并结束串口中断服务程序，否，则结束。

如图9所示，是本发明的单片机主程序的流程图。主程序通过查询sendstage变量做出对对讲设备的响应。单片机主程序初始化串口缓冲模块以及sendstage变量，初始化U盘控制芯片，检测U盘是否存在，否，则继续检测；是，则判断sendstage变量是否等于1，否，则继续等待判断，是则单片机通过串口缓冲模块发送“\r”换行字符；判断sendstage变量是否等于2，否，则继续等待判断，是，则手动敲入键盘自然数，并通过串口缓冲模块发送自然数，判断sendstage变量是否等于3，否，则继续等待判断，是，通过串口缓冲模块发送文件大小；继续判断sendstage变量是否等于4，否，则继续等待判断，是，则通过串口缓冲模块发送文件；继续判断sendstage变量是否等于5，否，则继续等待判断，是，则结束主程序，完成对讲设备的升级。

总之，本发明升级过程只需要按键盘即可实现自动升级，无需PC即可实现代码升级。本发明具有结构小巧、成本低廉、方便携带可以实现随时随地为对讲设备进行程序升级的特点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (9)

1.一种基于单片机实现对讲设备程序升级的系统，其特征在于：包括单片机、U盘控制芯片、稳压源模块、LED指示灯、蜂鸣器、键盘、USB接口、串口缓冲模块以及输入输出模块，所述输入输出模块包括水晶头和USB母头；所述USB接口与所述U盘控制芯片连接，所述U盘控制芯片、键盘、LED指示灯、蜂鸣器、串口缓冲模块均与所述单片机连接；所述稳压源模块分别与所述USB接口、U盘控制芯片、键盘、LED指示灯、蜂鸣器以及单片机连接；所述水晶头、USB母头均与所述串口缓冲模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于单片机实现对讲设备程序升级的系统，其特征在于：所述U盘控制芯片为CH376芯片，所述单片机为STC11L60XE芯片，所述串口缓冲模块为74HC04缓冲器。

3.根据权利要求2所述的基于单片机实现对讲设备程序升级的系统，其特征在于：所述STC11L60XE芯片的P0.0～P0.7脚分别对应与所述CH376芯片的D0～D7脚连接；所述STC11L60XE芯片的P2.0脚与所述CH376芯片的A0脚连接；所述STC11L60XE芯片的P2.1脚与所述CH376芯片的PCS#脚连接；所述STC11L60XE芯片的WR脚与所述CH376芯片的WR#脚连接；所述STC11L60XE芯片的RD脚与CH376芯片的RD#脚连接；所述STC11L60XE芯片的INT0脚与CH376芯片的INT#脚连接；所述STC11L60XE芯片的P1.0～P1.5脚均与所述LED指示灯连接；所述STC11L60XE芯片的RXD、TXD、GND脚均与所述对讲设备连接；所述STC11L60XE芯片的P1.7与所述蜂鸣器连接；所述CH376芯片的UD+、UD-脚与所述USB接口连接。

4.根据权利要求1所述的基于单片机实现对讲设备程序升级的系统，其特征在于：所述稳压源模块包括电源接口P1、电源开关S1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、LM117集成电路D1、二极管D2以及LM2940集成电路D3；所述电源接口P1的1脚与电源开关S1连接，所述电源接口P1的2脚与信号地连接；所述电源开关S1与LM2940集成电路D3的Vin脚连接；所述电容C1一端与所述电源开关S1连接，另一端接信号地；所述电容C2一端与所述LM2940集成电路D3的Vin脚连接，另一端接信号地；所述LM2940集成电路D3的GND脚接信号地；所述LM2940集成电路D3的+5V脚与所述LM117集成电路D1的VCC脚连接，所述二极管D2的正极与所述LM2940集成电路D3的+5V脚连接，二极管D2的负极与所述LM2940集成电路D3的Vin脚连接；所述电容C3一端与所述LM117集成电路D1的VCC脚连接，另一端接信号地；所述电容C4的一端与所述LM117集成电路D1的3V3脚连接，另一端接信号地，所述电容C5和电容C6并联于所述电容C4两端；所述LM117集成电路D1的GND脚接信号地；所述LM117集成电路D1的0脚分别与所述USB接口、U盘控制芯片、键盘、LED指示灯、蜂鸣器以及单片机连接。

5.一种基于单片机实现对讲设备程序升级的方法，其特征在于：所述方法需提供一程序升级系统，所述系统包括单片机、U盘控制芯片、LED指示灯、蜂鸣器、键盘、USB接口、串口缓冲模块以及输入输出模块，所述输入输出模块包括水晶头和USB母头；所述方法包括如下步骤：

步骤10、将不同类型的待升级程序文件拷贝于一U盘中，并将U盘插入所述系统的USB接口，将不同类型的待升级程序文件分别与自然数进行一一映射，同时将所述对讲设备经输入输出模块与串口缓冲模块进行通信；

步骤20、所述U盘控制芯片负责管理U盘中的各类型的待升级程序文件，将各类型的待升级程序文件读取到单片机中，单片机控制LED指示灯亮起，此时对讲设备发送需要升级的待升级程序文件请求，单片机根据所述键盘敲入的自然数来选择对应的需要升级的待升级程序文件传输到所述串口缓冲模块中，所述串口缓冲模块通过串口通信协议与所述对讲设备进行交互；

步骤30、所述对讲设备需要升级的各待升级程序文件都传输到所述对讲设备后，所述单片机控制蜂鸣器进行提醒，对讲设备并完成升级。

6.根据权利要求5所述的基于单片机实现对讲设备程序升级的方法，其特征在于：所述U盘控制芯片为CH376芯片，所述单片机为STC11L60XE芯片，所述串口缓冲模块为74HC04缓冲器。

7.根据权利要求5所述的基于单片机实现对讲设备程序升级的方法，其特征在于：所述系统包括一稳压源模块，所述稳压源模块为所述系统提供电源，该稳压源模块包括电源接口P1、电源开关S1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、LM117集成电路D1、二极管D2以及LM2940集成电路D3；所述电源接口P1的1脚与电源开关S1连接，所述电源接口P1的2脚与信号地连接；所述电源开关S1与LM2940集成电路D3的Vin脚连接；所述电容C1一端与所述电源开关S1连接，另一端接信号地；所述电容C2一端与所述LM2940集成电路D3的Vin脚连接，另一端接信号地；所述LM2940集成电路D3的GND脚接信号地；所述LM2940集成电路D3的+5V脚与所述LM117集成电路D1的VCC脚连接，所述二极管D2的正极与所述LM2940集成电路D3的+5V脚连接，二极管D2的负极与所述LM2940集成电路D3的Vin脚连接；所述电容C3一端与所述LM117集成电路D1的VCC脚连接，另一端接信号地；所述电容C4的一端与所述LM117集成电路D1的3V3脚连接，另一端接信号地，所述电容C5和电容C6并联于所述电容C4两端；所述LM117集成电路D1的GND脚接信号地；所述LM117集成电路D1的0脚分别与所述USB接口、U盘控制芯片、键盘、LED指示灯、蜂鸣器以及单片机连接。

8.根据权利要求5所述的基于单片机实现对讲设备程序升级的方法，其特征在于：所述步骤20所述串口缓冲模块通过串口通信协议与所述对讲设备进行交互具体为：对讲设备先对串口缓冲模块发送握手请求，串口缓冲模块确认后给对讲设备发送确认信息，并等待需要发送哪种类型的待升级程序文件；对讲设备发送需要升级的待升级程序文件请求，并发送需要升级的各待升级程序文件的大小信息，串口缓冲模块收到请求和各待升级程序文件的大小信息后，将需要升级的待升级程序文件传输给对讲设备，对讲设备接收文件进行保存，并发送保存成功信息给串口缓冲模块。

9.根据权利要求8所述的基于单片机实现对讲设备程序升级的方法，其特征在于：所述串口缓冲模块的串口波特率设置为115200b/s，串口通信协议接收的协议字符串比较方式为全部接收完成进行统一比较。

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