CN113377036A - 一种用于单片机在线编程的信号转换装置、系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于单片机在线编程的信号转换装置，包括：编程器接口，所述编程器接口与外部编程器相连；目标芯片接口，所述目标芯片接口与需要进行在线编程的目标芯片相连；以及设置在编程器接口和所述目标芯片接口之间的MCU，通过编程器接口从编程器接收的双线通用异步收发器编程信号通过MCU选择对目标芯片进行双线通用异步收发器编程或单线编程。采用本发明公开用于单片机在线编程的信号转换装置、系统及方法，可以有效解决现有编程器无法烧录某些特定芯片的问题。

Description

一种用于单片机在线编程的信号转换装置、系统及方法
技术领域
本发明涉及单片机在线编程技术领域，具体而言，本发明涉及一种在单片机系统内实现在线编程信号转换的装置、系统及方法。
背景技术
由于FLASH等单片机程序存储器的发展，使固件烧录和更新越来越容易和可行。而芯片的封装越来越精密，使得芯片不易于移放。单片机MCU(Microcontroller Unit)的在线编程ISP(In System Program)就是使用者不需要将单片机从装配的印刷电路板PCBA(Printed Circuit Board Assembly)上取下，放在特定的烧录器进行程序的烧录；它可以直接由编程器PGM(Programmer)经单片机的通信接口，在印刷电路板上完成。单片机的通信接口通常为通用异步收发器串口UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)。
单片机的型号多种多样，部分型号的单片机，因应用需求，其设计的在线编程方式较为特殊——既可以通过通信接口(UART)编程又支持单线(TOOL0)模式编程，此时通用的编程器就无法满足要求，需要外接信号转换装置做处理。
目前本领域没有此类装置适用于编程器的信号转换，因而当有特殊烧录要求的单片机需要大批量烧录程序时，操作步骤非常麻烦。
发明内容
现有的编程器无法对某些单片机型号完成在线编程功能，新的编程器开发和验证周期长，因此本发明人希望在短时间内以原有编程器为基础设计一款小巧的信号转换装置，针对部分需要特殊编程的单片机使用，同时该信号转换装置的软硬件设计思路可以作为后续更新编程器的原理参考，降低后续设计工作的风险。
根据本发明的一个实施例，提供一种用于单片机在线编程的信号转换装置，包括：
编程器接口，所述编程器接口与外部编程器相连；
目标芯片接口，所述目标芯片接口与需要进行在线编程的目标芯片相连；以及
设置在编程器接口和所述目标芯片接口之间的MCU，通过编程器接口从编程器接收的双线通用异步收发器编程信号通过MCU选择对目标芯片进行双线通用异步收发器编程或单线编程。
在本发明的一个实施例中，所述编程器接口包括第一数据发送端口、第一数据接收端口和复位输入，
所述目标芯片接口包括第二数据接收端口、第二数据发送端口、单线端口和复位输出，
第一数据发送端口通过MCU的选择与第二数据接收端口或单线端口相连，
第一数据接收端口通过MCU的选择与第二数据发送端口或单线端口相连，
复位输入通过MCU与复位输出相连。
在本发明的一个实施例中，用于单片机在线编程的信号转换装置还包括输出使能芯片OE，所述OE连接在第一数据接收端口至单线端口的连接路径上，在单线编程时，第一数据接收端口需要发送数据时，使能OE，接收数据时，禁用OE，避免在单线编程时数据传输出现干扰。
在本发明的一个实施例中，当进行单线编程时，第一数据发送端口通过MCU与单线端口相连；第一数据接收端口通过MCU和OE与单线端口相连，
当第一数据接收端口需要发送数据时，使能OE，数据从第一数据接收端口传送到单线端口，当第一数据发送端口接收数据时，禁用OE，数据从单线端口传送到第一数据发送端口。
在本发明的一个实施例中，用于单片机在线编程的信号转换装置还包括电平转换器，所述电平转换器设置在MCU和所述目标芯片接口之间，所述电平转换器用于对MCU或目标芯片的电压进行转换。
在本发明的一个实施例中，当进行双线通用异步收发器编程时，第一数据发送端口通过MCU与第二数据接收端口相连，数据从第二数据接收端口传送到第一数据发送端口；第一数据接收端口通过MCU与第二数据发送端口相连，数据从第一数据接收端口传送到第二数据发送端口。
在本发明的一个实施例中，当进行双线通用异步收发器编程时，单线端口并不是悬空状态，此时MCU按一定的时序要求自主输出单线信号，让目标芯片识别此次的编程模式为双线通用异步收发器编程。
根据本发明的另一个实施例，提供一种用于单片机在线编程的系统，包括：
编程器；以及信号转换装置。
根据本发明的又一个实施例，提供一种用于单片机在线编程的方法，包括：
通过编程器的内部固件指令通知信号转换装置的MCU此次编程方式为双线通用异步收发器编程或单线编程；以及
MCU根据编程方式切换编程通路。
在本发明的又一个实施例中，当进行单线编程时，当第一数据接收端口需要发送数据时，使能OE，数据从第一数据接收端口传送到单线端口，当第一数据发送端口接收数据时，禁用OE，数据从单线端口传送到第一数据发送端口；
当进行双线通用异步收发器编程时，第一数据发送端口通过MCU与第二数据接收端口相连，数据从第二数据接收端口传送到第一数据发送端口；第一数据接收端口通过MCU与第二数据发送端口相连，数据从第一数据接收端口传送到第二数据发送端口。
采用本发明公开用于单片机在线编程的信号转换装置、系统及方法，可以有效解决现有编程器无法烧录某些特定芯片的问题。
本发明的制作成本低，仅使用了一颗自主研发的MCU和几颗通用的电平转换器及一颗使能芯片，巧妙地通过软硬件结合实现了信号通路的转换；相比于直接在现有编程器上更新功能，设计周期和风险大大减小，可以快速运用在芯片的大批量烧录中。
本发明的用于单片机在线编程的信号转换装置可与编程器整合形成用于单片机的在线编程系统，为升级编程器提供了技术依托。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出现有编程器(PGM)的在线编程方式示意图。
图2示出根据本发明的一个实施例的编程器PGM的在线编程方式示意图。
图3示出根据本发明的一个实施例的信号转换装置的内部结构示意框图。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
图1示出编程器(PGM)的在线编程方式示意图。操作时，将编程器PGM110上的外部电源端口Vext 111、接地GND 112、复位RST 113、数据发送端口TXD 114、数据接收端口RXD115分别与目标芯片MCU 120上的对应电源端口VCC 121、接地GND 122、复位RST 123、数据接收端口RXD 124和数据发送端口TXD 125相连。编程功能通过UART通信接口实现。即，编程器PGM 110上的数据发送端口TXD 114向目标芯片MCU 120上的数据接收端口RXD 124发送数据，并且编程器PGM 110上的数据接收端口RXD 115从目标芯片MCU 120上的数据发送端口TXD 125接收数据。
图1所示这种编程器无法对某些单片机型号完成在线编程功能。例如，部分型号的单片机，因应用需求，其设计的在线编程方式较为特殊——既可以通过通信接口(UART)编程又支持单线(TOOL0)模式编程。针对这种特殊的单片机，本发明提出一种改进的编程器。
图2示出根据本发明的一个实施例的编程器PGM的在线编程方式示意图。如图2所示，在编程器PGM 210和目标芯片MCU 230之间串入信号转换装置220，即编程器PGM 210的UART编程信号通过信号转换装置220后既能选择继续由UART进行编程，也能选择由单线TOOL0编程；并且固化在PGM210中的程序可以让信号转换装置220自动识别烧写路径，无需额外接线或配置。请注意，TOOL0是需要单线编程的芯片上对接的引脚的名称。转换装置220上直接延用相同的名字。
具体而言，如图2所示，编程器PGM 210上的外部电源端口Vext 211、接地GND 212、复位RST 213、数据发送端口TXD 214、数据接收端口RXD 215分别与信号转换装置220上的对应电源端口3v3 221、接地GND 222、复位输入RSTIN 223、数据接收端口RXD1 224和数据发送端口TXD1 225相连。信号转换装置220上的对应电源端口VCC 241、接地GND 242、复位输出RSTOUT 243、数据发送端口TXD2 244、数据接收端口RXD2 245和单线TOOL0 246分别与目标芯片MCU 230上的对应电源端口VCC 231、接地GND232、复位RST 233、数据接收端口RXD234、数据发送端口TXD 235和单线TOOL0236相连。需要注意的是，电源端口3v3 221只是因为现在实际使用的MCU为3.3V供电，若MCU使用其他电压，可适应性变化，因此，电源端口3v3221可改为电源端口VCC。
图3示出根据本发明的一个实施例的信号转换装置的内部结构示意框图。如图3所示，该信号转换装置包括左侧的PGM-IF接口310和右侧的目标-IF接口340，MCU 320插接在信号转换板上，左侧的PGM-IF接口310通过MCU320与右侧的目标-IF接口340连接，电平转换器(Level Shift)331-334用于在信号转换板上的MCU 320与目标芯片的电压不同时，通过电平转换器(Level Shift)331-334进行转接。
具体而言，PGM-IF接口310包括数据发送端口TXD1 311、数据接收端口RXD1 312和复位输入RSTIN 313。目标-IF接口340包括数据接收端口RXD2341、数据发送端口TXD2 342、单线TOOL0 343和复位输出RSTOUT 344。发送端口TXD1 311通过MCU 320的选择与数据接收端口RXD2 341或单线TOOL0 343相连。数据接收端口RXD1 312通过MCU 320的选择与数据发送端口TXD2 342或单线TOOL0 343相连。输出使能芯片OE(output enable)350用于在单线模式时，数据接收端口RXD1 312需要发送数据时，使能OE 350，接收数据时，禁用OE，避免在单线模式时数据传输出现干扰。即，OE 350连接在数据接收端口RXD1 312至单线TOOL0 343的连接路径上。复位输入RSTIN 313通过MCU 320与复位输出RSTOUT 344相连。
在本发明的具体实施例中，MCU 320可以是具有至少2组UART资源的MCU即可，例如：华大半导体的HC32F460芯片。一组UART资源用于接收来自编程器的UART信号，一组用于目标芯片编程的UART信号。
在本发明的具体实施例中，电平转换器331-334为通用的电平转换芯片，例如：芯片SN74AVC24T245。
在本发明的具体实施例中，使能芯片350可以是通用的使能芯片，例如：芯片74LVC1G125。
当PGM通过PGM-IF接上信号转换装置给目标芯片编程时，其内部固件会告知信号转换装置的MCU此次编程方式为双线UART还是单线TOOL0，MCU根据编程方式切换编程通路，图3中的粗实线箭头表示双线UART编程通路，粗虚线箭头表示单线TOOL0编程通路。如图3所示，当进行双线UART编程时，发送端口TXD1 311通过MCU 320与数据接收端口RXD2 341相连，数据从数据接收端口RXD2 341传送到发送端口TXD1 311；数据接收端口RXD1 312通过MCU 320与数据发送端口TXD2 342相连，数据从数据接收端口RXD1 312传送到数据发送端口TXD2 342。
当进行单线TOOL0编程时，发送端口TXD1 311通过MCU 320与单线TOOL0 343相连；数据接收端口RXD1 312通过MCU 320和OE 350与单线TOOL0 343相连。当数据接收端口RXD1312需要发送数据时，使能OE 350，数据从数据接收端口RXD1 312传送到单线TOOL0 343，当发送端口TXD1 311接收数据时，禁用OE，数据从单线TOOL0 343传送到发送端口TXD1 311。
当进行双线UART编程时，TOOL0 343也并不是悬空状态，此时MCU 320会按一定的时序要求自主输出TOOL0信号，让目标芯片识别此次的编程模式为双线通用异步收发器编程。
双线模式下对TOOL0的这一功能要求即是现有编程器无法直接烧录某些芯片的原因，因为现有编程器无法对外提供TOOL0信号。
当进行单线TOOL0编程时，信号转换装置的内部MCU切换到相应通路后，通过外部的电平转换器和OE逻辑芯片的硬件组合，让接收到的UART信号转变成单线，而此时的双线UART通路不使用，整个烧录过程以半双工的形式由TOOL0实现。
采用本发明公开用于单片机在线编程的信号转换装置、系统及方法，可以有效解决现有编程器无法烧录某些特定芯片的问题。
本发明的制作成本低，仅使用了一颗自主研发的MCU和几颗通用的电平转换器及一颗使能芯片，巧妙地通过软硬件结合实现了信号通路的转换；相比于直接在现有编程器上更新功能，设计周期和风险大大减小，可以快速运用在芯片的大批量烧录中。
本发明的用于单片机在线编程的信号转换装置可与编程器整合形成用于单片机的在线编程系统，为升级编程器提供了技术依托。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (10)

1.一种用于单片机在线编程的信号转换装置，包括：
编程器接口，所述编程器接口与外部编程器相连；
目标芯片接口，所述目标芯片接口与需要进行在线编程的目标芯片相连；以及
设置在编程器接口和所述目标芯片接口之间的MCU，通过编程器接口从编程器接收的双线通用异步收发器编程信号通过MCU选择对目标芯片进行双线通用异步收发器编程或单线编程。
2.如权利要求1所述的用于单片机在线编程的信号转换装置，其特征在于，所述编程器接口包括第一数据发送端口、第一数据接收端口和复位输入，
所述目标芯片接口包括第二数据接收端口、第二数据发送端口、单线端口和复位输出，
第一数据发送端口通过MCU的选择与第二数据接收端口或单线端口相连，
第一数据接收端口通过MCU的选择与第二数据发送端口或单线端口相连，
复位输入通过MCU与复位输出相连。
3.如权利要求2所述的用于单片机在线编程的信号转换装置，其特征在于，还包括输出使能芯片OE，所述OE连接在第一数据接收端口至单线端口的连接路径上，在单线编程时，第一数据接收端口需要发送数据时，使能OE，接收数据时，禁用OE。
4.如权利要求3所述的用于单片机在线编程的信号转换装置，其特征在于，当进行单线编程时，第一数据发送端口通过MCU与单线端口相连；第一数据接收端口通过MCU和OE与单线端口相连，
当第一数据接收端口需要发送数据时，使能OE，数据从第一数据接收端口传送到单线端口，当第一数据发送端口接收数据时，禁用OE，数据从单线端口传送到第一数据发送端口。
5.如权利要求2所述的用于单片机在线编程的信号转换装置，其特征在于，还包括电平转换器，所述电平转换器设置在MCU和所述目标芯片接口之间，所述电平转换器用于对MCU或目标芯片的电压进行转换。
6.如权利要求2所述的用于单片机在线编程的信号转换装置，其特征在于，当进行双线通用异步收发器编程时，第一数据发送端口通过MCU与第二数据接收端口相连，数据从第二数据接收端口传送到第一数据发送端口；第一数据接收端口通过MCU与第二数据发送端口相连，数据从第一数据接收端口传送到第二数据发送端口。
7.如权利要求6所述的用于单片机在线编程的信号转换装置，其特征在于，当进行双线通用异步收发器编程时，单线端口并不是悬空状态，此时MCU按一定的时序要求自主输出单线信号，让目标芯片识别此次的编程模式为双线通用异步收发器编程。
8.一种用于单片机在线编程的系统，包括：
编程器；以及
权利要求1至7中任一项所述的信号转换装置。
9.一种用于单片机在线编程的方法，包括：
通过编程器的内部固件指令通知信号转换装置的MCU此次编程方式为双线通用异步收发器编程或单线编程；以及
MCU根据编程方式切换编程通路。
10.如权利要求9所述的用于单片机在线编程的方法，其特征在于，当进行单线编程时，当第一数据接收端口需要发送数据时，使能OE，数据从第一数据接收端口传送到单线端口，当第一数据发送端口接收数据时，禁用OE，数据从单线端口传送到第一数据发送端口；
当进行双线通用异步收发器编程时，第一数据发送端口通过MCU与第二数据接收端口相连，数据从第二数据接收端口传送到第一数据发送端口；第一数据接收端口通过MCU与第二数据发送端口相连，数据从第一数据接收端口传送到第二数据发送端口。
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Address before: 201210 floor 10, block a, building 1, No. 1867, Zhongke Road, pilot Free Trade Zone, Pudong New Area, Shanghai

Applicant before: Xiaohua Semiconductor Co.,Ltd.

Applicant before: Huada Semiconductor (Chengdu) Co.,Ltd.

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