基于單片機的ISP在線編程設計分析

隨著電子技術的日益發(fā)展，芯片的規(guī)模越來越大，封裝日趨小型化，相應地對系統(tǒng)板級調試的困難也在加大。在傳統(tǒng)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(fā)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(tǒng)的開發(fā)模式，開發(fā)單片機系統(tǒng)時不會損壞芯片的引腳，加速了產品的上市并降低了研發(fā)成本，縮短了從設計、制造到現(xiàn)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(xiàn)場升級和維護的經(jīng)濟、有效的方式，極大地促進了PLD產品的發(fā)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(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機是通過對3個8位端口寄存器的讀或寫來實現(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,對應引腳P9～P2；
　　◆ 狀態(tài)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(tài)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(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的內核去編寫屬于系統(tǒng)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(shù)來實現(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,則需要調用驅動函數(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BYTE/WORD/DWORD類型的值；SetPortVal函數(shù)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(jié)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(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

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(tǒng)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(tǒng)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(jié)協(xié)議，指令如表1所列。

表1 串行編程指令