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。

图1 25针并行口
　　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、C0、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，就不得不深入到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。
　　InitializeWinIo();
　　ShutdownWinIo();
(2) 安装与卸载
　　如果操作系统是Windows98或Windows95,则需要调用驱动函数。
　　InstallWinIoDriver(PSTR pszWinIoDriverPath, bool IsDemandLoaded = false);
　　RemoveWinIoDriver();
(3) 读/写I/O口
　　GetPortVal(WORD wPortAddr, PDWORD pdwPortVal, BYTE bSize);
　　SetPortVal(WORD wPortAddr, DWORD dwPortVal, BYTE bSize);
　　GetPortVal函数从指定端口读取一个BYTE/WORD/DWORD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(InSystem 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MCS51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。
表1 串行编程指令

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。

图2 AT89S52下载线电路图
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=240 ns（MIN）；SCK负脉冲宽度为8×30 ns=240 ns（MIN）；MOSI建立到SCK变高时间为30 ns（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16 ns）；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200 ms；SCK变高后MOSI保持时间为1 ms（MIN）。
　　编者注： 本文为期刊缩略版，全文见本刊网站http://www.mesnet.com.cn/。
参考文献
[1] 王沫楠，等. 单片机原理及应用[M]. 北京:中国计量出版社,2007.
[2] 曹克澄.单片机原理及应用[M]. 北京:机械工业出版社,2005.
[3] 李朝青.单片机原理及接口技术[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社，2005.
[4] Atmel公司.AT89S5X系列单片机数据手册，200503