请问如何使用ISP功能对Nuvoton 8051 MCU系列进行ISP升级？

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好的，使用 ISP（In-System Programming）功能对新唐科技（Nuvoton）的 8051 系列 MCU 进行固件升级是常见的做法。Nuvoton 的 8051 MCU 通常通过 UART 接口实现 ISP。以下是详细的步骤和关键点：

核心原理：
Nuvoton 8051 MCU 内部通常包含：

1. LDROM （Loader ROM）： 一小段出厂预烧写的 Bootloader 程序，负责执行 ISP 功能（通常固化在特定地址，如 0x0000）。


2. APROM （Application ROM）： 用户程序运行的主要 Flash 区域。你的应用程序就运行在这里。


3. Config Bits (配置字)： 决定 MCU 启动行为的设置，特别是从哪里启动（LDROM 还是 APROM）以及是否启用 ISP 功能（例如 UART 波特率、握手方式等）。

当你需要更新 APROM 中的用户程序时，你需要：

1. 让 MCU 下次启动时执行 LDROM 中的 Bootloader。


2. 通过 UART 连接到 Bootloader。


3. 使用 PC 端的 ISP 工具软件发送新的固件文件（.bin 或 .hex）给 Bootloader。


4. Bootloader 接收数据并烧写到 APROM 的指定区域。


5. 配置 MCU 下次启动时从更新了的 APROM 运行。

详细步骤：

1. 
   

   准备工作：

   
   
   
   
   • 确认 MCU 支持 ISP： 查阅你使用的具体 Nuvoton 8051 MCU 型号的数据手册和用户手册（特别是 "ISP Programming" 或 "Flash Programming" 章节）。常见系列如 N76E, MS51, ML51, NUC121/NUC125/NUC126, NUC029, NUC123 等通常都支持。
   
   
   • 获取 ISP 工具软件： 从 Nuvoton 官网下载对应的 NuMicro ISP Programming Tool 或 NuMicro ICP Programming Tool (后者通常也包含 ISP 功能)。例如搜索 "NuMicro ISP Programming Tool download" 或 "NuMicro ICP Programming Tool download"。确保下载与你操作系统匹配的版本。
   
   
   • 硬件连接 (UART 方式)：
     
     
     
     • 找到 MCU 板上的 UART 接口（通常是 TXD, RXD, GND）。可能需要连接到 USB 转 UART 适配器（如 FT232, CH340, CP2102 等）。
     
     
     • 连接方式：MCU TXD <-> 适配器 RXD; MCU RXD <-> 适配器 TXD; GND <-> GND。务必交叉连接！注意电平匹配（大多数 Nuvoton 8051 是 5V 或 3.3V TTL）。
     
     
     • 确保 USB 转 UART 适配器在 PC 上正确安装驱动并被识别（查看设备管理器中端口号，如 COM3 或 COM4）。
     
     
   
   
   • 硬件进入 ISP 模式（关键！）： 这是最容易出错的一步。方法通常有三种（具体首选方法查阅手册）：
     
     
     
     • 冷启动法（最常见）：
       
       
       
       1. 断开 MCU 电源（或按下复位键）。
       
       
       2. 按住 MCU 板上的某个特定按键（通常连接到特定的 GPIO，如 P1.2 或 P3.2，具体查阅手册的 "ISP Entry Pin"）不放。
       
       
       3. 给 MCU 上电（或释放复位键）。
       
       
       4. 等待约 1-2 秒后，松开按键。此时 MCU 应运行 LDROM Bootloader。
       
       
     
     
     • 软件跳转法： 在你的用户应用程序中预留一个入口（如通过特定按键组合、串口命令），当检测到升级信号时，软件主动跳转到 LDROM 的入口地址（通常是 0x0000）。这需要事先在用户代码中实现。
     
     
     • 配置字法： 通过 ICP/ISP 工具预先设置 Config Bits，使 MCU 在下次上电复位后无条件从 LDROM 启动。升级完成后，再通过工具修改 Config Bits 使其从 APROM 启动。
     
     
   
   
   • 获取目标固件文件 (.bin 或 .hex)： 准备好你需要烧录到 MCU APROM 的最新固件文件。
   
   
   
   


2. 
   

   执行 ISP 升级：

   
   
   
   
   1. 连接硬件： 确保 USB 转 UART 线缆正确连接到 PC 和目标板（MCU 已按上述方法进入 ISP 模式）。给目标板上电。
   
   
   2. 启动 ISP 工具： 打开下载安装好的 NuMicro ISP Programming Tool 或 NuMicro ICP Programming Tool。
   
   
   3. 选择连接方式： 在工具界面中选择连接方式为 UART。
   
   
   4. 选择 COM 端口： 在下拉列表中选择你的 USB 转 UART 适配器对应的 COM 端口（如 COM3）。
   
   
   5. 配置通信参数（通常自动）： ISP 工具会自动尝试与 LDROM Bootloader 通讯。Bootloader 通常使用固定的波特率（如 115200bps）和格式（8N1）。如果工具无法连接，可能需要手动尝试常见的波特率（38400, 57600, 115200）或查阅手册确认默认值。部分工具需要选择具体的 MCU 型号。
   
   
   6. 连接目标 MCU： 点击 Connect 或类似的按钮。如果连接成功，工具界面通常会显示 "Connected"、"Device ID"、"Bootloader Version" 等信息。这表明你已成功与 LDROM 建立通信。
   
   
   7. 加载固件文件： 在工具中找到加载固件文件的地方（通常叫 "APROM" 或 "Program Memory"）。点击 Browse 或 Load File，选择你准备好的 .bin 或 .hex 文件。
   
   
   8. 选择编程区域： 确认编程目标是 APROM。通常不建议修改 LDROM（除非有特殊需求且明确知道风险），它是 Bootloader 的家。
   
   
   9. 配置选项（可选但重要）：
      
      
      
      • Config Bits (配置字)： 这是关键一步！ ISP 工具通常会自动识别并显示当前 Config Bits，或者在加载固件文件时附带（如果 HEX 文件包含配置信息）。你必须确保配置字设置正确：
        
        
        
        • Boot Select 设为从 APROM 启动 (这样升级完成后下次重启才能运行你的新程序)。
        
        
        • ISP Enable 相关位设为有效 (通常是启用 UART ISP 且使用默认管脚)。
        
        
        • 其他配置（如看门狗、时钟源、低电压复位等）根据需要设置。强烈建议在升级前读取并备份当前配置字，或者在编译固件时正确生成配置字并包含在 HEX 文件中。 错误的配置字可能导致 MCU 无法启动！
        
        
      
      
      • 编程后动作： 选择编程完成后 MCU 的行为，常见选项：
        
        
        
        • Reset： 编程完成后自动复位 MCU。
        
        
        • Run APROM： 编程完成后复位并直接从 APROM 运行（要求配置字已设为 APROM 启动）。
        
        
        • Run LDROM： 保持在 LDROM 状态（方便连续烧录）。
        
        
      
      
      • 执行烧录： 点击 Start、Program 或 Execute 按钮开始烧录过程。工具界面会显示进度条、状态信息和校验结果。
      
      
      • 等待完成： 烧录时间取决于固件大小和波特率。完成后，工具会显示 "Programming Finished"、"Verify Success" 等成功信息。
      
      
      • 断开连接： 点击 Disconnect。
      
      
      • 重启 MCU： 非常重要！ 如果工具设置了编程后自动复位并运行 APROM，则 MCU 应该自动运行新程序。如果没有，你需要手动对目标板进行断电再上电操作。此时因为配置字已设为从 APROM 启动，MCU 会运行刚刚烧录的新固件。
      
      
   
   
   
   

常见问题与解决方法：

1. 
   

   无法进入 ISP 模式 / ISP 工具无法连接：

   
   
   
   
   • 检查接线： 确保 TXD/RXD 交叉连接正确（MCU TXD -> 适配器 RXD；MCU RXD -> 适配器 TXD）。检查 GND 连接良好。
   
   
   • 检查电源： 确保目标板供电稳定充足。
   
   
   • 检查进入方法： 严格按照目标 MCU 手册指定的 ISP 进入引脚和时序操作（冷启动法中按键按住的时机和时长很关键）。
   
   
   • 检查 Config Bits： 当前配置字是否禁用了 ISP 功能？是否更改了 ISP 入口引脚？如果怀疑配置字错误，可能需要尝试其他进入方法（如软件跳转，如果用户程序支持），或者使用 ICP（通过 Nu-Link）先修复配置字。
   
   
   • 检查波特率： 手动尝试不同的常用波特率（9600, 19200, 38400, 57600, 115200）。
   
   
   • 检查串口冲突： 确保 PC 上没有其他程序占用该 COM 口。
   
   
   • 检查复位电路： 尝试手动复位 MCU。
   
   
   
   


2. 
   

   编程失败 / 校验失败：

   
   
   
   
   • 电源稳定性： ISP 烧录需要稳定电源。劣质 USB 转 UART 适配器或开发板电源可能不稳，尤其在烧录瞬间电流增大时。使用质量好的电源适配器和 USB 线缆，必要时在 MCU 电源引脚并联大电容（如 100uF）。
   
   
   • 波特率过高： ISP 工具设置的波特率是否太高？尝试降低到 57600 或 38400bps。
   
   
   • 信号干扰： 连线过长或环境干扰可能导致数据传输错误。尽量缩短连线，远离干扰源。
   
   
   • 目标区域保护： 检查 Config Bits 或 ISP 工具设置，确保 APROM 区域没有被设为保护（Read-Only）。
   
   
   • 固件文件问题： 确认固件文件生成正确，地址范围在 APROM 内且没有重叠冲突。
   
   
   
   


3. 
   

   升级后程序不运行：

   
   
   
   
   • 检查 Config Bits (Boot Select)： 这是最常见原因！ 确保配置字中的启动源（Boot Select）设为了 APROM。使用 ISP 工具再次连接（可能需要重新进入 ISP 模式），读取并检查配置字。
   
   
   • 程序本身问题： 新固件本身可能有 Bug 导致无法启动。尝试烧录一个已知正常工作的旧版本固件测试。
   
   
   • 复位问题： 检查新程序的初始化代码（尤其是时钟、看门狗配置）。
   
   
   • 硬件问题： 排除其他硬件故障。
   
   
   
   


4. 
   

   意外擦除/破坏了 LDROM：

   
   
   
   
   • 极其危险！ 如果不慎擦除了 LDROM，标准的 UART ISP 方法将永久失效，因为 Bootloader 没了！
   
   
   • 恢复方法： 通常只能通过 ICP (In-Circuit Programming) 方式，使用 Nu-Link 调试编程器（连接 SWD 或 ICE 接口）重新烧录 LDROM 和 APROM。务必在 ISP 操作中谨慎选择编程区域，避免勾选 LDROM 除非你明确知道要更新它（一般用户不需要更新 LDROM）。
   
   
   
   

总结关键点：

• 正确进入 ISP 模式（冷启动法最常见）是成功的第一步。


• TXD/RXD 必须交叉连接。


• Config Bits (配置字) 的设置，特别是 Boot Select (必须设为 APROM) 和 ISP Enable，至关重要。在升级前备份或确保固件文件中包含正确的配置字。


• 使用官方推荐的 NuMicro ISP Programming Tool 或 NuMicro ICP Programming Tool。


• 保证稳定可靠的电源和良好的连接。


• 谨慎操作，避免误擦 LDROM。

强烈建议： 在进行任何 ISP 操作前，务必仔细阅读你所使用的具体 Nuvoton 8051 MCU 型号的数据手册（Datasheet）和用户手册（User Manual） 中关于 Flash 编程和 ISP 的章节。不同型号的细节（如 ISP 进入引脚、默认波特率、配置字地址和位定义）可能有差异。手册是权威指南。