單片機(jī)簡介及其ISP在線編程設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)的日益發(fā)展，芯片的規(guī)模越來越大，封裝日趨小型化，相應(yīng)地對系統(tǒng)板級調(diào)試的困難也在加大。在傳統(tǒng)的調(diào)試方式中，頻繁的調(diào)試和更換程序需要頻繁地插拔芯片，開發(fā)效率極低。AT89S系列單片機(jī)提供的ISP在線編程技術(shù)徹底地改變了傳統(tǒng)的開發(fā)模式，開發(fā)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)不會(huì)損壞芯片的引腳，加速了產(chǎn)品的上市并降低了研發(fā)成本，縮短了從設(shè)計(jì)、制造到現(xiàn)場調(diào)試的時(shí)間，簡化了生產(chǎn)流程，大大提高了工作效率，因此它是對市場定型產(chǎn)品進(jìn)行現(xiàn)場升級和維護(hù)的經(jīng)濟(jì)、有效的方式，極大地促進(jìn)了PLD產(chǎn)品的發(fā)展。

1  PC機(jī)并行口

1.1  并行口硬件接口簡介

　　標(biāo)準(zhǔn)并行口有25個(gè)引腳，其中數(shù)據(jù)端口引腳為2～9，狀態(tài)端口引腳為15、10～13，控制端口引腳1、14、16、17用于連接器件，其他引腳18～25是接地引腳GND。25針并行口如圖1所示。

圖1  25針并行口

　　并行口工作在SPP模式下,PC機(jī)是通過對3個(gè)8位端口寄存器的讀或?qū)憗韺?shí)現(xiàn)對它們的控制。端口寄存器分別是：

　　◆ 數(shù)據(jù)端口(地址0x378)為D7～D0,對應(yīng)引腳P9～P2；
　　◆ 狀態(tài)端口(地址0x379)為S7～S3,對應(yīng)引腳P11、P10、P12、P13、P15；
　　◆ 控制端口(地址0x37A)為C3～C0,對應(yīng)引腳P17、P16、P14、P1。

　　注意： S7、C0、C1、C3信號的邏輯狀態(tài)在連接器處是與相應(yīng)寄存器位相反的。對這些位進(jìn)行寫操作時(shí)，寫入的值應(yīng)該與連接器處設(shè)置的值相反；同樣，進(jìn)行讀操作時(shí)，讀取的值也與連接器處設(shè)置的值相反。

1.2  并行口編程簡介

　　Windows對系統(tǒng)底層操作采取了屏蔽的策略，但是在硬件或系統(tǒng)軟件開發(fā)中只要涉及系統(tǒng)底層的操作，就不得不深入到Windows的內(nèi)核去編寫屬于系統(tǒng)級的設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序。對并行口的讀/寫操作就是如此。為了繞過 Windows安全保護(hù)機(jī)制，需要允許32位 Windows程序直接對 I/O口進(jìn)行操作。這里使用由 Yariv Kaplan編寫的 WinIo庫中的幾個(gè)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)對I/O口的讀/寫。

(1)  初始化與終止
　　對端口讀/寫前后要分別初始化和終止。
　　InitializeWinIo();
　　ShutdownWinIo();

(2)  安裝與卸載
　　如果操作系統(tǒng)是Windows98或Windows95,則需要調(diào)用驅(qū)動(dòng)函數(shù)。
　　InstallWinIoDriver(PSTR pszWinIoDriverPath, bool IsDemandLoaded = false);
　　RemoveWinIoDriver();

(3)  讀/寫I/O口
　　GetPortVal(WORD wPortAddr, PDWORD pdwPortVal, BYTE bSize);
　　SetPortVal(WORD wPortAddr, DWORD dwPortVal, BYTE bSize);

　　GetPortVal函數(shù)從指定端口讀取一個(gè)BYTE/WORD/DWORD類型的值；SetPortVal函數(shù)向指定端口寫入一個(gè)BYTE/WORD/DWORD類型的值；wPortAddr是指定一個(gè)端口地址值；pdwPortVal為指向一雙字節(jié)型變量的指針，該變量存儲(chǔ)從wPortAddr端口讀取的值；dwPortVal為一雙字節(jié)型變量寫到wPortAddr端口中；bSize指定讀取字節(jié)數(shù)，值可以為1、2或4。

2  AT89S5X系列單片機(jī)

2.1  AT89S51簡介

　　AT89S51是一個(gè)低功耗、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含4 KB ISP(InSystem Programming)的可反復(fù)擦寫1 000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器。該器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲(chǔ)單元。功能強(qiáng)大的AT89S51可為許多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高性價(jià)比的解決方案。

2.2  AT89S51串行編程時(shí)序及指令

2.2.1  串行編程模式下的時(shí)序分析

2.2.2  串行編程指令

　　串行編程使用4字節(jié)協(xié)議，指令如表1所列。

表1  串行編程指令

3  并行口與AT89S5X單片機(jī)的硬件設(shè)計(jì)

　　通過對并行口和編程時(shí)序的分析，我們制作了AT89S5X單片機(jī)的ISP下載線。下面對并行口與單片機(jī)的連線作一簡單介紹： 并行口P2引腳連接單片機(jī)的P1.5引腳（MOSI）；并行口P10引腳連接單片機(jī)的P1.6引腳（MISO）；并行口P1引腳連接單片機(jī)的P1.7引腳（SCK）；并行口P17引腳連接單片機(jī)的RST引腳，如圖2所示。

圖2  AT89S52下載線電路圖

4  ISP下載線的軟件設(shè)計(jì)在

　　硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過對ISP時(shí)序和串行編程指令的分析，采用Visual C+＋6.0編寫了下載線程序。其主要關(guān)鍵編程函數(shù)略——編者注。

結(jié)語

　　以下是作者在調(diào)試中獲取的一些參數(shù)，希望對大家有所幫助。

　　參考資料：

　　晶體振蕩器的頻率為33 MHz（MAX），所以周期T=1/F=1/33 MHz=30 ns（MIN）；SCK正脈沖寬度為8×30 ns=240 ns（MIN）；SCK負(fù)脈沖寬度為8×30 ns=240 ns（MIN）；MOSI建立到SCK變高時(shí)間為30 ns（MIN）；SCK變高后MOSI保持時(shí)間為2×30 ns（MIN）；SCK變低到MISO有效時(shí)間為10 ns（MIN）～32 ns（MAX）（一般取16 ns）；芯片檫除指令周期為500 ms；串行字節(jié)寫周期為64×30 ns+400 ns。

　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

　　晶體震蕩器的頻率為33 MHz（MAX），所以周期T=1/F=1/33 MHz=30 ns（MIN）；芯片擦除指令周期為200 ms；SCK變高后MOSI保持時(shí)間為1 ms（MIN）。