1 引言

單片機系統傳統的編程方式是將單片機先從電路板上取下，放入專用的編程器進行編程，再放人電路板進行調試。其缺點是頻繁的拔插器件容易損壞器件的引腳；如果頻繁的調試程序，必須重復拔插，大大降低了開發效率。ISP技術是未來發展的方向，其優勢是無需編程器就可進行單片機的實驗和開發，單片機器件可直接焊接到電路板上，調試結束即為成品，免去調試時由于頻繁插入取出對器件和電路板造成的損壞和帶來的不便。 ISP可降低研發成本；縮短從設計、制造到現場調試的時間，簡化生產流程，大大提高工作效率；在試驗新品或學生試驗等常需用不同的程序調試器件的場合中，在線編程技術尤為重要。

設計AT89S51單片機開發板，采用ISP下載線實現在Keil C軟件開發環境下調試的匯編語言程序機器碼能即時下載到AT89S51單片機片內Flash中，并可在線修改。

2 單片機開發板硬件設計

AT89S51單片機開發板南AT89S51單片機最小系統、ISP下載編程器、上位機與下位機之間的串行通信電路、4×4矩陣鍵盤鍵號的識別與顯示電路4部分組成，如圖1所示。

2．1 單片機ISP下載編程器

在系統可編程ISP(In-System Programmable)，指電路板上的空白器件可編程寫入最終用戶代碼，而無需從電路板取下器件，已編程的器件也可用ISP方式擦除或再編程。ISP 的工作原理：單片機可通過SPI或其他串行接口接收上位機傳來的數據并寫入存儲器中。所以即使將器件焊接在電路板上，只要留出和上位機接口的串口，配合 ispdown的下載電纜，就可實現器件內部存儲器的改寫，而無需取下器件。ISP的提出改變了傳統硬件系統開發的流程，大大方便了開發者，加快了開發速度。下載電纜是一種使用計算機的并行端口通過軟件的仿零點實現ATAG或ISP接口協議，訪問可編程器件的廉價工具。

圖2為下載線電路圖。AT89S51單片機的ISP接口通過指令輸入MISO(P1．5引腳)、數據輸入MOSI(P1．6引腳)、時鐘輸入SCK(P1．7引腳)3根信號線，以串行模式為系統提供對MCU器件的編程寫入和讀出功能。

2．2 串行通信接口

上位機PC機與下位機單片機通過RS-232C串行接口總線進行的串行通信。80C51系列單片機帶有一個全雙工的串行接口，因此用RS-232C串行接口總線非常方便。PC機配置RS-232C標準接口，RS-232C信號電平為負邏輯(邏輯“0”：+12 V；邏輯“1”：-12 v)，80C51單片機輸入、輸出電平為，TTL電平(邏輯“0”：≤0．5 V；邏輯“1”：≥2．4 V)。所以8051與PC機間點對點異步通信需加電平轉換電路，否則將燒壞TTL電路。MAX232器件是MAXIM公司生產的具有兩路接收器和驅動器的 IC器件，其內部有一個電源電壓變換器，可將輸入的+5 V電壓變換成RS-232C輸出電平所需的±12 V電壓。MAX232器件的引腳1～6(C1+、V+、C1-、C2+、C2-、V-)用于電源電壓轉換，只需在外部接入相應電解電容即可；引腳7～10 和引腳11～14構成兩組，TTL信號電平與RS-232C信號電平的轉換電路，對應引腳可直接與單片機串行口的TTL電平引腳和PC機的RS232電平引腳相連。

圖3為采用MAX232器件的PC機和單片機串行通信接口電路，采用9針標準插座與PC機相連。MAX232實現電平轉換功能，該器件可將單片機TXD端輸出的TTL電平轉換成標準的RS-232C標準電平，由MAX232的14引腳通過9針接口送入PC機；同樣，PC機輸出的RS-232C標準電平，從 MAX232的13引腳輸入并轉換成單片機所需的TTL電平，經單片機的RXD端接收。

2．3 矩陣鍵盤鍵號的識別與顯示電路

在AT89S51單片機的I／O口設計4×4行列式鍵盤，采用程序掃描法識別按下的鍵，當有按鍵按下時，其鍵號顯示在共陰極LED數碼管上。其電路如圖4所示。

一個4×4的行、列結構可構成一個含有16個按鍵的鍵盤。按鍵的位置由行號和列號唯一確定。將圖4中的4×4鍵盤鍵號編碼為：01H、02H、03H、…、0EH、0FH、10H16個鍵號。

(1)用全掃描法判斷有無鍵按下行線在無鍵按下時處在高電平，按鍵按下時，與此鍵相連的行線與列線導通。如果讓所有列線處于低電平。當無鍵按下時，則讀人的行信息全為1；有鍵按下時，讀入的行信息不全為1，按下鍵所在的行電平會由高電平變為低電平。CPU根據行電平的變化，便能判定相應的行有鍵按下。

(2)用逐列置0掃描法確定具體鍵按為進一步確定具體鍵，在某一時刻只讓一條列線處于低電平，其余列線均處于高電平，另一時刻，讓下一列處在低電平，依此循環，實現鍵盤掃描。

鍵盤工作在編程掃描方式，單片機在完成其他工作后的空閑時間調用鍵盤掃描子程序響應鍵盤輸入的要求，在執行鍵功能程序時CPU不再響應鍵輸入要求，直到CPU重新掃描鍵盤。