82基于AT89SXX系列单片机的ISP编程.docx
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82基于AT89SXX系列单片机的ISP编程
5.2基于AT89S5X系列单片机的ISP编程
5.2.1ISP技术简介
ISP（In-SystemProgramming）在系统可编程，指电路板上的空白器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下器件，已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。
ISP技术是未来发展方向。
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，相应的对系统板级调试困难也在加大。
IEEE制定了标准测试端口与边界扫描的标准IEEEstd1149.1，这就是JTAG接口协议。
JTAG接口通过TCK、TDI、TDO、TMS四根信号线，以串行模式为系统提供了对复杂芯片的各引脚连通性测试，进步还能实现对可编程芯片的配置与处理器芯片的调试等等。
下载电缆就是一种使用计算机的并行端口通过软件的仿零点实现JTAG接口协议，访问可编程芯片的廉价工具。
本文使用的下载电缆是Altera公司为其可编程逻辑器件开发的ByteBlasterMV电缆。
ISP（在系统可编程的简称）是最先由Lattice公司提出的一种技术，是通过同步串行方式实现对其可编程逻辑器件的重配置。
ISP与JTAG的接口协议很相像，只是后者形成了标准。
ISP现在已经成为一种概念，它的提出改变了传统硬件系统开发的流程，大大方便了开发者，加快了开发速度。
现在大多数的可编程器件（FPGA、CPLD、DSP、MCU……）都支持ISP特性。
单片机也不例外，Atmel公司推出的AT89S系列51单片机也符合ISP特性。
5.2.2基于ISP技术的下载电缆
要实现JTAG接口协议可以使用专用的IC，如74LVT8980、74LVT8990，它与MCU配合可以提供高速的JTAG串行访问，成本较高。
下载电缆则是实现JTAG接口协议的廉价方案。
它仅命名用74HC244做线路驱动，由计算机的并行端口引出I/O作为TCK、TDI、TDO、TMS等信号线。
由于并口在SPP模式下共有3个端口——数据输出端口、控制输出端口、状态输入端口，各种下载电缆究竟从那个端口引出JTAG信号线几乎都不相同，图1、图2是两种下载电缆的原理图。
并口简介：
计算机的并行端口工作在SPP模式下，对它的控制是通过数据输出端口、控制输出端口、状态输入端口来实现的。
并行口有25个引脚，其中包括8位数据线、5位状态线、4位控制线。
数据端口（378H）：
D0～D7用于数据输出。
状态端口（379H）：
*S7（Busy）、S6（nAck）、S5（PE）、S4（Select）、S3（nError）。
控制端口（37AH）：
*C3（nSelin）、S2（nInit）、*C（AnutoFeed）、*C0（nStrobe）。
（）（端口地址是缺省的LPT1设置；*表示此引脚有反向器）
表1为并行端口定义。
对应原理图有：
Altera的下载电缆：
TCK、TDI、TMS、TDO分别对应D0、D6、D1、*S7；
Atmel的电缆：
TCK、TDI、TMS、TDO分别对应*C0、D0、*C3、S6。
表1并行端口定义表
引脚号
名 称
数据位
1
nStrobe
*C0
2
D0
D0
3
D1
D1
4
D2
D2
5
D3
D3
6
D4
D4
7
D5
D5
8
D6
D6
9
D7
D7
10
nAck
S6
11
Busy
*S7
12
PE
S5
13
Select
S4
14
AutoFeed
*C1
15
nError
S3
16
nInit
C2
17
nSelin
*C3
18～25
GND
GND
5.2.2基于ISP技术的下载电缆的编程实现
用计算机控制下载电缆实现JTAG协议，就是对并口3个I/O端口的读写操作，用0-1的变化来模拟JTAG时序。
在Win98和Win2000环境下读写I/O，需要驱动程序。
可以使用DriverLINXPortI/ODriver（可以从WWW下载）来实现I/O端口访问。
安装DLPORTIO以后，通过调用DLPORTIO.DLL动态连接库中的UCHARDLPORT_APID1PortReadPortUchar（INULONGPort）；
VOIDDLPORT_APID1PortWritePortUchar（INULONGPort,INUCHARValue）；两个函数就可以访问位于378H、379H、37AH（这是缺省的LPT1设置）的3个并口I/O端口。
程序段1实现了对Altera下载电缆的一次电平赋值：
程序段1
Altera下载电缆电平赋值函数
VoidCAvrISPDlg:
:
Setbit（）{
Unsignedcharvalue=0;
If（!
m_tck）value|=0x01;
If（!
m_tms）value|=0x02;
If（!
m_tdi）value|=0x40;
DlPortWritePortUchar（0x378,value）;
Value=DlPortReadPortUchar（0x379）；
If（value&0x80）m_tdo=0；
Elsem_tdo=0;
}
通过以上程序依次改变JTAG各接口I/O的电平状态，模拟JTAG协议的时序，就可以访问支持JTAG标准的各种芯片。
5.2.3ISP协议的分析与实现
对AT89S5X系列单片机ISP编程不使用JTAG协议，而使用SPI同步串行接口协议，如图3所示。
针针这种8位SPI接口协议，我们使用数组来模拟时序：
时钟信号固定为unsignedcharsck[19]={0,0,1,0,1,0,1,0,1,0,10,1,0,1,0,1,0,1,0,0};
输出的数据信号由程序实现情况自动生成数组unsignedcharmosi[19]；
输入的数据根据读入的信号生成数组unsignedcharmiso[19]；
再调用上文的Setbit（）函数，依次发送19位的JTAG接口I/O状态，同时读入返回信号，即完成一次对AT89S5X芯片的SPI单字节访问。
在单字节访问基础上，参考Atmel公司的AT89S5X数据手册的串行编程指令表中的指令格式，就可以实现ISP了。
表2为AT89S51串行编程指令表
表2AT89S51串行编程指令集
指 令
指 令 模 式
说 明
第1字节
第2字节
第3字节
第4字节
编程使能
10101100
01010011
XXXXXXXX
XXXXXXXX
使能串行编程
芯片擦除
10101100
100XXXXX
XXXXXXXX
XXXXXXXX
擦除程序存储顺
读程序字节
00100000
XXXXA11～A8
A7～A0
D7～D0
字节模式读程序
写程序字节
01000000
XXXXA11～A8
A7～A0
D7～D0
字节模式写程序
写保护位
10101100
111000B1B2
XXXXXXXX
XXXXXXXX
写保护位
读保护位
00100100
XXXXXXXX
XXXXXXXX
XXLB3～LB1XX
读当前保护位
读标志字节
00101000
XXXA5～A1
A0XXXXXX
标志数据
读取标志数据
读程序页
00110000
XXXXA11～A8
数据0
数据1…255
页模式读程序
写程序写
01010000
XXXXA11～A8
数据0
数据1…255
页模式写程序
注：
①串行编程要在RST端接高电平情况下实现；②X表示此位关心；③A11～A0是要访问字节地址；④D7～D0是读写的数据；⑤B1、B2是保护位；⑥LB3～LB1表示3种状态。
针对AT89S51单片机，其标志字节为：
（00H）1EH、（02H）51H、（04）06H.
程序段2将得到AT89S51单片机的标志字节。
（其中SPIcomm（）为SPI单字节访问函数）。
程序段2
获得AT89S51单片机标志字节的程序段
CStringstr;
for（addr=1;addr<3;addr++）{
m_comm=0x28;
SPIcomm（）;
m_comm=addr;
SPIcomm（）;
m_comm=0;
SPIcomm（）;
m_comm=0;
SPIcomm（）;
Str.Format（“0x%02X”,m_dat）;
m_out+=str;
}
图4是AT89S51进行串行编程时的硬件原理图。
4小结
下载电缆为我们提供了深入芯片内部的触手。
通过JTAG标准协议，我们可以用下载电缆检查芯片焊接连通性、重新配置可编程器件、下载程序固件以及调试处理器的运行。
使用ISP技术可以大大加快硬件开发速度。
下载电缆与计算机软件的配合使用也可以降低开发成本，非常适合个人爱好者与初学者使用。
参考文献：
1．《单片机与嵌入式系统应用》
2．Atmel公司AT89C51资料
附：
另外一种下载线
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