單片機的ISP在線編程設計

　　隨著電子技術的日益發展，芯片的規模越來越大，封裝日趨小型化，相應地對系統板級調試的困難也在加大。在傳統的調試方式中，頻繁的調試和更換程序需要頻繁地插拔芯片，開發效率極低。AT89S系列單片機提供的ISP在線編程技術徹底地改變了傳統的開發模式，開發單片機系統時不會損壞芯片的引腳，加速了產品的上市并降低了研發成本，縮短了從設計、制造到現場調試的時間，簡化了生產流程，大大提高了工作效率，因此它是對市場定型產品進行現場升級和維護的經濟、有效的方式，極大地促進了PLD產品的發展。

1? PC機并行口

1.1? 并行口硬件接口簡介

　　標準并行口有25個引腳，其中數據端口引腳為2～9，狀態端口引腳為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機是通過對3個8位端口寄存器的讀或寫來實現對它們的控制。端口寄存器分別是：

　　◆ 數據端口(地址0x378)為D7～D0,對應引腳P9～P2；
　　◆ 狀態端口(地址0x379)為S7～S3,對應引腳P11、P10、P12、P13、P15；
　　◆ 控制端口(地址0x37A)為C3～C0,對應引腳P17、P16、P14、P1。

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

1.2? 并行口編程簡介

　　Windows對系統底層操作采取了屏蔽的策略，但是在硬件或系統軟件開發中只要涉及系統底層的操作，就不得不深入到Windows的內核去編寫屬于系統級的設備驅動程序。對并行口的讀/寫操作就是如此。為了繞過 Windows安全保護機制，需要允許32位 Windows程序直接對 I/O口進行操作。這里使用由 Yariv Kaplan編寫的 WinIo庫中的幾個函數來實現對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
　　如果操作系統是Windows98或Windows95,則需要調用驅動函數。
　　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函數從指定端口讀取一個BYTE/WORD/DWORD類型的值；SetPortVal函數向指定端口寫入一個BYTE/WORD/DWORD類型的值；wPortAddr是指定一個端口地址值；pdwPortVal為指向一雙字節型變量的指針，該變量存儲從wPortAddr端口讀取的值；dwPortVal為一雙字節型變量寫到wPortAddr端口中；bSize指定讀取字節數，值可以為1、2或4。

2? AT89S5X系列單片機

2.1? AT89S51簡介

　　AT89S51是一個低功耗、高性能CMOS 8位單片機，片內含4 KB ISP(InSystem Programming)的可反復擦寫1 000次的Flash只讀程序存儲器。該器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS51指令系統及80C51引腳結構，芯片內集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元。功能強大的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統提供高性價比的解決方案。

2.2? AT89S51串行編程時序及指令

2.2.1? 串行編程模式下的時序分析

2.2.2? 串行編程指令

　　串行編程使用4字節協議，指令如表1所列。

表1? 串行編程指令

3? 并行口與AT89S5X單片機的硬件設計

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

圖2? AT89S52下載線電路圖

4? ISP下載線的軟件設計在

　　硬件設計的基礎上，通過對ISP時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。其主要關鍵編程函數略——編者注。

結語

　　以下是作者在調試中獲取的一些參數，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負脈沖寬度為8×30 ns=240 ns（MIN）；MOSI建立到SCK變高時間為30 ns（MIN）；SCK變高后MOSI保持時間為2×30 ns（MIN）；SCK變低到MISO有效時間為10 ns（MIN）～32 ns（MAX）（一般取16 ns）；芯片檫除指令周期為500 ms；串行字節寫周期為64×30 ns+400 ns。

　　實驗數據：

　　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保持時間為1 ms（MIN）。