自制单片机开发工具

目前介绍单片机应用的文章很多,但介绍单片机开发工具制作的文章却较少。由于单片机是一门实践性很强的课程,如果采用传统的开发模式,则要购买价格昂贵的仿真器、编程器等开发工具来作实验。其实由于芯片功能的日益完善,我们可以利用芯片的在系统编程（ISP）功能制作出实用而低价的开发工具。本文旨在帮助DIY爱好者开发制作出适合自己的开发工具。

1 当前常用开发模式

　　目前,基本上有两种开发模式可供选择：用仿真器、用编程器。

　　① 用仿真器。优点：方便,可以设置断点,可以观察存储器及寄存器的内容。缺点：价格昂贵,不同类型的单片机要购买不同的仿真器;仿真器终究不是单片机,有时代码在仿真器上能通过,但在单片机中不能正常工作,反而增加了调试的难度。
　　② 用编程器。优点：价格相对便宜,通常一款编程器可编程多种器件。缺点：操作相当不便,每次要将芯片在目标板与编程器之间转移,并且还要在编译操作界面与编程器操作界面之间切换,大部分时间在做简单的重复工作。

2 新的开发模式介绍及芯片选择

　　本文介绍的开发工具采用一种新的开发模式（类似于编程器开发模式）。由于利用了芯片的在系统编程功能,因此不需要移动芯片。在软件设计时设计成：一旦代码文件被重新编过,即自动下载到芯片,并自动复位运行,是真正的“所编即所得”。

　　目前很多单片机都支持在系统编程。8051系列单片机支持在系统编程的也很多,但大多数是支持通过PC机的串口对单片机进行编程。这样有四个不方便的地方：一是项目本身与PC机串行通信不方便;二是要增加1片MAX232电平转换芯片;三是有的芯片要按特定的步骤进入下载模式,编程过程需要手工干预;四是有的芯片需要固件（定制的程序）的支持,如果不小心损坏了固件,则芯片的在系统编程功能也没有了。

　　经过比较,Atmel公司生产的AT89S8252是一种比较理想的芯片,适合制作开发工具。此芯片有如下特点：

　　◆ 与8051兼容;
　　◆ 内含8KB可擦写1000次的程序存储器,2KB可擦写超过100 000次的数据存储器及256字节8位宽内部RAM;
　　◆ 可通过SPI接口在系统串行编程,与8051兼容
　　◆ 串行编程时有自动擦写周期,在调试大程序时可以分段下载,节约时间;
　　◆ 低电压下载,无需12V编程电压。

3 AT89S8252串行编程

(1) AT89S8252串行编程模式

　　当芯片的RST引脚置高电平时,所有程序和数据存储器可以通过SPI总线接口[SCK,MOSI（input）,MISO（output）]编程。RST变高以后,在编程或擦除操作之前必须首先发送一条编程允许命令。在串行编程模式下,芯片会在字节编程之前自动插入一个擦除周期。因此,除非芯片的代码保护位被编程,编程之前不需要执行全片擦除命令。SPI接口之SCK时钟频率须低于晶振频率的1/40。

(2) AT89S8252串行编程步骤

　　① 在XTAL1与XTAL2之间连接一个3~24MHz的晶振;在VCC与GND之前加上电源电压,将RST置高,等待10ms。
　　② 发送串行编程允许命令。
　　③ 发送写/读/擦除等命令及数据,串行数据高位在前,低位在后,数据在时钟的上升沿锁定。
　　④ 如果上一步是写命令,至少等待2.5ms。
　　⑤ 需要时重复③、④两步。
　　⑥ 将RST置低,芯片开始运行。

(3) AT89S8252串行编程命令

　　AT89S8252串行编程命令如表1所列。

表1

(4) AT89S8252串行编程时序图

　　AT89S8252串行编程时序如图1所示。

图1

4 硬件设计

　　① 通过计算机并口与单片机SPI口连接;
　　② 为了保护计算机并口,需要增加1片74HC244作为隔离。

　　实用的原理图如图2所示。（已经过实践检验,可放心使用。）

图2

5 用VB编程进行并口控制

　　打印端口的基地址一般为0x278、0x378或0x3BC,可以从控制面板中查到。为了方便读者,表2列出了常用打印端口引脚及寄存器位元的说明。

表2

　　在Windows环境下最简单易学的语言恐怕非VB莫属,所以我们的开发工具也选用VB作为编程语言。但由于Windows的保护,VB无法直接读写打印端口,因此我们需要另外的程序模块来实现打印端口的直接读写。在Internet网上可以找到许多此类模块,并且相当多的模块可以免费使用。经过试用,笔者推荐使用Winio v2.0。该模块支持Win9X/NT/2000/XP（http://www.internals.com Yariv Kaplan ）,并且带有详细的帮助、例子程序及源码。使用时,将Winio.sys、Winio.dll、Winio.vxd及Winio.bas四个文件拷贝到工作目录下,在VB中直接添加Winio.bas模块即可。本例中用到的函数有四个,分别说明如下。

　　① Initialize()：允许端口控制函数。在使用端口输入输出函数之前调用一次,成功返回“1”,失败返回“0”。
　　② Shutdown()：关闭端口控制函数。在退出程序时执行一次,成功返回“1”,失败返回“0”。
　　③ GetPortVal(ByVal PortAddr As Integer, ByRef Portval As Long, ByVal bSize As Byte) As Boolean：读取端口函数,PortAddr 为端口地址, Portval为端口值,bSize为要读取的字节数。读取成功时返回“1”,失败时返回“0”。
　　④ SetPortVal(ByVal PortAddr As Integer, ByVal Portval As Long, ByVal bSize As Byte) As Boolean：写端口函数。PortAddr 为端口地址, Portval为要写的值,bSize为要写入的字节数。写入成功返回“1”,失败返回“0”。

　　四个函数在Winio.bas模块中的声明如下：

Declare Function InitializeWinIo Lib “WinIo.dll” () As Boolean
Declare Function ShutdownWinIo Lib “WinIo.dll” () As Boolean
Declare Function GetPortVal Lib “WinIo.dll” (ByVal PortAddr As Integer, ByRef Portval As Long, ByVal bSize As Byte) As Boolean
Declare Function SetPortVal Lib “WinIo.dll” (ByVal PortAddr As Integer, ByVal Portval As Long, ByVal bSize As Byte) As Boolean

6 Intel HEX 格式文件

　　由于一般编译软件产生的用于写入芯片的文件都是Intel HEX格式的文件。Intel HEX文件属于文本文件,可以用记事本查看。一个Intel HEX文件的一行称为一个记录,每个记录都是由十六进制字符组成的,两个字符表示一个字节的值。Intel HEX文件通常由若干条记录组成,每个记录都具有如下的形式：

　　：LLAAAATTDD...DDCC
　　“：”——记录的起始标志;
　　LL——记录长度,表示该记录中的数据字节数;
　　AAAA——数据装入的首地址（16位）;
　　TT——记录类型,00表示数据记录,01表示文件结束;(注意：有的编译软件会产生大于01的记录类型,本应用中对大于01记录类型的记录忽略掉即可。)
　　DD——数据值（字节）;
　　CC——校验和。（将其本身与记录中除起始标志外的所有字节相加应为0,不为0则有错。）

　　VB编程详细说明见本刊网络补充版（http://www.dpj.com.cn）。（由于各子程序的流程都较简单,所以直接给出源码,而未画出流程图。程序采用由底至顶的设计方法。）

结语

　　虽然上述程序能实现各种基本的功能,但并不完善,并未考虑各种异常情况,读者可根据实际情况进行完善。编程功力较差的朋友可直接到笔者的网站（http: //www.mcudiy.com）下载相对较完善的应用程序 。如果充分理解了上述程序,那么DIY一个AVR或PIC单片机的开发工具也非难事。在笔者的网站也有制作完成的“MCS51/AVR/PIC三合一下载器资料”供爱好者下载。

　　由于AT89S8252的价格还是较贵,所以现在市场上较难买,不过Atmel公司推出的替代AT89C51/52的AT89S51/52也有在系统编程功能,且价格便宜。其在系统编程的实现方法与AT89S8252类似,对本例部分程序稍作修改即可支持该器件。

来源:单片机与嵌入式系统应用 作者:楚浩单片机工作室 刘楚浩