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自制基于USB接口的ISP下载线

单片机爱好者在调试与制作单片机系统时，经常涉及到对单片机进行程序烧

录，而专用的编程器价格不菲，使单片机爱好者望而却步。另外，在开发的过

程中，程序每改动一次就要拔下目标电路板上的芯片，编程后再插上，这样做不

仅会对目标电路板和芯片造成损伤，而且当程序需要升级改进时也是极其不便

的。而ISP技术的出现使单片机DIY爱好者可以自制简易“编程器”（俗称下载

线）。自己动手制作工具不仅可以增强自己的动手能力，而且还为以后制作、调

试单片机系统带来了很大的方便，还能为今后进行设计与制作节约宝贵的时间。

早期的ISP下载线多采用串口或并口与PC机相连，这两种方式多存在以下

问题。

（1）用户PC机的主频硬件和操作系统不同可能会造成控制信号错误;

（2）不同厂商提供不同的ISP下载器，互不兼容，给嵌入式开发带来不便；

(3)限于串并口的通信协议，数据传输速率较低，影响嵌入式产品的开发。

除此之外，随着科技的发展，现在很多台式电脑已经没有并口和串口了，而

且如今使用笔记本电脑的人越来越多了，由于大多数笔记本电脑都不带串并口，

使得学习单片机比如说51或者avr很不方便。因为以前使用并口和串口的ISP

下载线已经无法再继续使用了。然而现在无论台式电脑还是笔记本电脑提供的

USB接口是足足够用的。

基于以上原因，本文提出了一种将单片机和USB总线相结合，进行ISP下

载的方法，经过实际应用取得了较好的效果。本系统分为硬件和软件两部分，硬

件平台主要由USB接口和单片机控制模块组成，完成对PC机通信和对目标芯

片ISP编程。软件面向用户设计，由用户选择要下载的、已经编译成Hex文件

格式的代码文件，然后向目标芯片下载程序代码，同时可以检测目标芯片型号、

擦除目标芯片、从目标芯片读出程序代码等。

下面以ATMEL公司的AT89S51／52单片机为例，先介绍ISP技术的原理，

再介绍ISP在线编程器的实现方法。

AT89S51／52单片机的ISP引脚共有4个：RST、MOSI、MISO和SCK。

各引脚的功能如下：RST为在线编程输入控制端，在ISP下载过程中保持高电平，

在系统正常工作时该引脚为系统复位端，保持低电平状态。MOSI为主机输出／

从机输入的数据端，系统正常工作时，该引脚为通用I／OP1．5口线。MISO

为主机输入／从机输出的数据端。系统正常工作时，该引脚为通用I／OP1．6

口线。SCK为串行编程的时钟端，可实现主、从机时序的同步，该时钟频率不

得超过系统时钟的1／16。系统正常工作时，该引脚为通用I／OP1．7口线。

AT89S51／52单片机的ISP引脚功能如图1所示。

现在市场上出售的编程器大多数使用JTAG接口协议，并使用专用的IC，

如74IVT8980、74LVT8990等与MCU配合实现高速的JTAG串行访问，成本较

高。ISP技术则是实现JTAG接口协议的廉价方案。它仅使用74HC244做线路驱

动，由计算机的并行端口引出I／O作为SCK、MISO、MOSI、RST信号线，通

过编程软件控制信号的输入和输出，这样就可以实现单片机的串行编程。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，各种下载电路究竟从哪个端口引出JTAG信号几乎都不相同。为了弄清楚ISP

原理，下面先了解一下计算机的并行口。

(1)并口简介

计算机的并行端口工作在SPP模式，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位状态线和4位控制线。(端口地址是缺省的LPT1设置；*表示此引脚有

反向器)

数据端口(378H)：D0~D7用于数据输出，可读可写。

状态端口(379H)：*S7(Busy)、S6(nAck)、S5(PE)、S4(Select)、S3(nError)，

只读。

控制端口(37AH)：*C3(nSelin)、C2(nInit)、C1(AutoFeed)、C0(nStrobe)，可

读可写。

由此可知，用软件来控制计算机并行口的输入和输出即可实