单片机课程设计-ATMEL51系列单片机编程器

  有次去面试，我对面试官说我设计过一块开发板，然后那面试官直接问了个核心问题：这个编程器的固件是你自己写的吗？一下子就问到了痛处。是的，编程器固件不是自己写的，那为什么不自己设计一个呢？ 我说的自己设计是包括硬件电路、单片机程序以及电脑端界面等等所有东西全部自己DIY。当一个真正的DIYer。所以我动手了，用了几天几夜时间弄了一个可以支持两种芯片（AT89S51 AT89S52）
的基于ISP下载的编程器
  首先要说的是，要设计个编程器， 这方面的资料在网上基本是找不到的，估计是大家不想开源（open source code）...所以必须自己按照某一芯片的官方数据手册慢慢搞懂它的下载协议，然后写成固件。

  STEP 1. 研究数据手册
  首先找了一份S52芯片的中文数据手册，一看傻了眼，翻译得很垃圾，垃圾还不要紧，最重要是里面把关于FLASH编程的章节直接忽略掉了。。想看都没得看。没办法，那就直接研究英文数据手册算了，用了一天多时间认真把数据手册看懂。。这里本人一直有个误区，从大一的时候开始就以为S52会有256B的用户RAM，比S51高级，其实不是，S52也只有128B内存，FLASH容量比S51多4KB也就是8KB。。谨记谨记。。或者你可以选择接入外部RAM，不过这会浪费掉你至少16个IO口用来做数据及地址总线，而且还要加外一个地址锁存器用来复用本来就不够用的IO口，而汇编指令中的MOVX就是用来操作外部RAM的。OK数据手册研究完毕（还算幸运的，因为S52的数据手册只有30多页）。

  STEP 2. HEX文件的本来面目以及怎样将HEX文件转换成机器码

  之前我一直以为HEX文件就像镜像文件一样对应着单片机FLASH的每一个数据，然后烧录软件LOAD程序的时候是直接将HEX文件里面的数据一个一个输入到单片机的FLASH中，又来了个误区，事实情况却不是这样的。正解是：HEX文件是一种用ASCII编码的文件，就是说里面的数据都是字符来的，比如说里面记录了一个地址为0X00EF的话，如果按照二进制格式应该是：0000 0000 1110 1111 这样记录的，但HEX采用了ASCII字符编码，直接在里面写成：‘0’ ‘0’ ‘E’ ‘F’ （这是ASCII字符！！！）。基于这个原理，要想正确下载程序就必须写一个HEX->机器码转换算法，将HEX文件转换成机器码。用了几个小时就把算法搞定。具体实现过程就不说了，想了解的可以直接找我聊啦，总之最后结果就是我实现了一个 HEX_Translate(char *Input,char *Output)函数搞定[page]

  STEP 3. 实现硬件电路

    其实硬件电路很简单，打算用串口跟电脑端进行通信，然后使用一片S52做为主控芯片，通过ISP接口给另一片单片机下载程序。用了一个晚上时间用万用板把电路搭建起来，里面用了一片MAX232作电平转换，转换后的电平输给S52，S52接出几只IO口给对应的被下载芯片的ISP引脚，包括MISO MOSI SCK 以及复位端RST。硬件就是这么简单这么傻，下图：

  STEP 4. 编写固件

  可以说这个设计的90%的工作就是在写代码，包括单片机代码以及电脑烧录软件代码，其中单片机用C语言编写，电脑界面用C++编写（所以必须有一点WINDOWS应用程序编程基础）。

  烧写单片机的工作流程其实就是->把复位脚接高，然后送入四个字节码，让它进入编程模式，然后根据协议要求一个一个把数据送进去。我在KEIL上实现了几个最基本的操作函数，比如要擦除芯片就调用：unsigned char Pro_51_Erase(void)，如果芯片擦除成功就会返回OK（宏定义，值为1），当然了，在开始工作之前都必须检查芯片是否能使用，所以每次烧写之前都要使用unsigned char Pro_51_CheckChip(void)检查被烧芯片是否工作正常的话就返回OK。等等等等，不再赘述。

  实现了基本的操作函数，接下来就要考虑主控单片机要怎样跟电脑进行通信了，使用串口通信，我的做法是自己制定一个简单的传送协议，该协议的第一个字节是指令，接下来的字节可以是地址，数据等等，做成一个数据帧，帧的大小随指令作用不同而异。然后单片机使用串口中断接收，因为主控单片机在给另一个单片机烧写的时候会费时间，为了防止电脑端送过来的数据得不到及时处理而发生错误，我在串口中断服务程序里面实现了一个简单的先进先出循环队列，队列长度设为8B，一接收到数据的时候，中断服务程序就将数据向队列添加，而前台程序要取数据就直接调用GetByte()函数，该函数自动向队列取得一个数据，如果队列为空，则会进入阻塞，直到有数据才会返回。发送队列也是根据此种原理。总之，关于串口，最终实现了两个函数，一个发送，一个接收，给全局使用，不必理会实现细节。

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  STEP 5. 编写电脑端界面

  电脑端界面是使用串口进行通信的，所以电脑必须有串口，或者使用USB转串口。

  开发环境使用了本人最喜欢的C++ Builder 6.0 。因为开发速度很快，很适合我这种非专业WINDOWS程序员使用。最终开发出来的应用程序可以打开HEX文件，并自动转换成机器码，然后通信串口一个一个按照地址发给单片机。如图：

  STEP 6. 测试

  虽然原理简单，但是编写过程却很费时，BUG不断出现，晕死，其实让我选择去当苦力搬砖或者选择写代码，还是选择挺搬砖比较好，因为砖总可以搬完嘛，代码却不一定能写得出。所幸经过几天调试，所有功能完成了。

 测试: 写了一个单片机的8*8点阵显示程序，然后连接设备，打开文件。擦除芯片。。点击“编程”。。。经过两秒钟，界面进度条显示下载完成。小心地将下载好的芯片拔出来，插到单片机开发板上，接电。。查看效果。一接电，点阵上显示出期待已久的图案了，说明测试成功。下图：

  STEP 7. 拓展功能

  完成后想进一步拓展编程器的功能，在想着要弄点什么好，于是想到了手工汇编，就是不用开发环境，自己把指令一条一条写出来然后下载，SO，要怎么下载？？？，没问题，我在单片机里面实现了一个类似命令行的对话窗口，只要在电脑上打开超级终端或者串口助手，就可以通过字符指信与单片机进行对话，可要设置好地址，就可以查看或者修改单片机FLASH存储器中的任意一个值，想怎么改就怎么改，如图：