单片机的ISP在线编程设计

引 言
    随着电子技术的日益发展，芯片的规模越来越大，封装日趋小型化，相应地对系统板级调试的困难也在加大。在传统的调试方式中，频繁的调试和更换程序需要频繁地插拔芯片，开发效率极低。AT89S系列单片机提供的ISP在线编程技术彻底地改变了传统的开发模式，开发单片机系统时不会损坏芯片的引脚，加速了产品的上市并降低了研发成本，缩短了从设计、制造到现场调试的时间，简化了生产流程，大大提高了工作效率，因此它是对市场定型产品进行现场升级和维护的经济、有效的方式，极大地促进了PLD产品的发展。

1 PC机并行口
1．1 并行口硬件接口简介
    标准并行口有25个引脚，其中数据端口引脚为2～9，状态端口引脚为15、10～13，控制端口引脚1、14、16、17用于连接器件，其他引脚18～25是接地引脚GND。25针并行口如图1所示。

    并行口工作在SPP模式下，PC机是通过对3个8位端口寄存器的读或写来实现对它们的控制。端口寄存器分别是：
    ◆数据端口(地址0x378)为D7～D0，对应引脚P9～P2；
    ◆状态端口(地址0x379)为S7～S3，对应引脚P11、P10、P12、P13、P15；
    ◆控制端口(地址0x37A)为C3～C0，对应引脚P17、P16、P14、P1。
    注意：S7、CO、C1、C3信号的逻辑状态在连接器处是与相应寄存器位相反的。对这些位进行写操作时，写入的值应该与连接器处设置的值相反；同样，进行读操作时，读取的值也与连接器处设置的值相反。
1．2 并行口编程简介
    WindOWS对系统底层操作采取了屏蔽的策略，但是在硬件或系统软件开发中只要涉及系统底层的操作，就不得不深人到Windows的内核去编写属于系统级的设备驱动程序。对并行口的读／写操作就是如此。为了绕过WindOWS安全保护机制，需要允许32位Windows程序直接对I／O口进行操作。这里使用由Yariv Kaplan编写的WinIo库中的几个函数来实现对I／O口的读／写。

（1）初始化与终止

对端口读/写前后要分别初始化和终止

    GetPortVal函数从指定端口读取一个BYTE／WORD／DW0RD类型的值；SetPortVal函数向指定端口写入一个BYTE／WORD／DWORD类型的值；wPortAddr是指定一个端口地址值；pdwPortVal为指向一双字节型变量的指针，该变量存储从wPortAddr端口读取的值；dwPortVal为一双字节型变量写到wPortAddr端口中；bSize指定读取字节数，值可以为1、2或4。

2 AT89S5X系列单片机
2．1 AT89S51简介
    AT89S51是一个低功耗、高性能CMOS 8位单片机，片内含4 KB ISP(In-System Programming)的可反复擦写1 000次的Flash只读程序存储器。该器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元。功能强大的AT89S51可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。
2．2 AT89S51串行编程时序及指令
2．2．1 串行编程模式下的时序分析

2．2．2 串行编程指令
   串行编程使用4字节协议，指令如表1所列。

3 并行口与AT89S5X单片机的硬件设计
    通过对并行口和编程时序的分析，我们制作了AT89S5X单片机的ISP下载线。下面对并行口与单片机的连线作一简单介绍：并行口P2引脚连接单片机的P1．5引脚(MOSI)；并行口P10引脚连接单片机的P1．6引脚(MISO)；并行口P1引脚连接单片机的P1．7引脚(SCK)；并行口P17引脚连接单片机的RST引脚，如图2所示。

4 ISP下载线的软件设计
    在硬件设计的基础上，通过对ISP时序和串行编程指令的分析，采用Visual C++ 6．0编写了下载线程序。其主要关键编程函数略——编者注。

结 语
    以下是作者在调试中获取的一些参数，希望对大家有所帮助。
参考资料：
    晶体振荡器的频率为33 MHz(MAX)，所以周期T=1／F=1／33 MHz=30 ns(MIN)；SCK正脉冲宽度为8×30 ns=240ns(MIN)；SCK负脉冲宽度为8×30 ns=240ns(MIN)；MOSI建立到SCK变高时间为30ns(MIN)；SCK变高后MOSI保持时间为2×30 ns(MIN)；SCK变低到MISO有效时间为10 ns(MIN)～32 ns(MAX)(一般取16ns)；芯片檫除指令周期为500 ms；串行字节写周期为64×30 ns+400 ns。
实验数据：
    晶体震荡器的频率为33 MHz(MAX)，所以周期T=1／F=1／33 MHz=30 ns(MIN)；芯片擦除指令周期为200ms；SCK变高后MOSI保持时间为1 ms(MIN)。