1 引言

　　火(huǒ)災報警系統一(yī)般由火(huǒ)災報警控制器、探測器、手動報警按鈕、輸入輸出模塊等組成，系統中(zhōng)大(dà)量使用各種單片機，各種單片機都需要燒錄程序。對單片機的程序燒錄傳統上是采用并行燒錄器。這種方法要求先把芯片放(fàng)在燒錄器的夾座上進行燒錄，然後取下(xià)芯片再安裝到電(diàn)路闆上。如果要進行反複燒錄，則往往要在電(diàn)路闆上爲芯片配一(yī)個DIP或PLCC的底座。顯然，這要占用比較大(dà)的面積，而且插拔也不方便。對于貼片封裝，比如QFP，焊到電(diàn)路闆上之後，如果發現程序有誤則應當重新燒錄，取下(xià)來卻不是件容易的事情，往往隻能報廢。由于以上種種原因，各種在線燒錄方式得到廣泛的應用。

　　2 ISP、IAP燒錄方式簡介

　　2.1 ISP

　　ISP的全名爲In System Programming，即在系統編程。通俗的講就是編程時不需要将微控制器MCU從系統目标系統中(zhōng)移出，結合系統中(zhōng)一(yī)系列内部的硬件資(zī)源，可實現通過串口對微控制器進行編程。

　　2.2 IAP

　　IAP的全名爲In Application Programing，即在應用編程，即程序可以在運行過程中(zhōng)修改自己的代碼。許多支持IAP功能的單片機把某一(yī)部分(fēn)FLASH作爲EEPROM使用，這樣做的危險是在修改過程中(zhōng)，誤操作有可能改寫自身代碼，有一(yī)定的風險，在火(huǒ)災報警系統中(zhōng)不建議使用。

　　3 ISP編程與傳統的編程器比較的優點

　　（1）在系統編程不需要移出微控制器。

　　（2）去(qù)掉CPU插座，芯片直接焊接在印制闆上，可靠性大(dà)大(dà)提高。

　　（3）不需并行編程器，僅需用較少的口線，例如串口TXD和RXD，結合上位機軟件免費(fèi)就可實現PC對其編程，硬件電(diàn)路非常簡單。

　　4 幾種不同單片機ISP介紹

　　4.1 MCS51系列單片機ISP　MCS51系列單片機是應用非常廣泛的微處理器，在全球有很多衍生(shēng)産品。最初的MCS51單片機沒有内置Flash，必須通過外(wài)置EPROM來存放(fàng)程序。上世紀九十年代出現以Atmel公司的AT89C51爲代表的内置FLASH的單片機，大(dà)大(dà)減少了外(wài)圍電(diàn)路，降低了産品成本，爲MCS51單片機煥發出了新的生(shēng)機。這種單片機依然采用編程器的方式進行程序燒錄。

　　随着元器件小(xiǎo)型化的發展，需要使用封裝面積更小(xiǎo)的表面貼器件，然而表面貼器件不适合編程器編程，于是以SST89E516RD2、P89V51RD2爲代表具有ISP功能的單片機應運而生(shēng)。下(xià)面以P89V51RD2爲例進行介紹。

　　P89V51RD2器件含有2個内部Flash存儲模塊，可實現對器件在系統編程（ISP）和在應用中(zhōng)編程（IAP）。模塊0有64K字節，用來存放(fàng)用戶代碼；模塊1有8K字節，用來存放(fàng)Philips提供的ISP/IAP程序，在出廠時，該程序已被固化到模塊1中(zhōng)。在使用P89V51RD2時，隻需要将用戶代碼寫入模塊0中(zhōng)即可。

　　在系統編程特性包含了一(yī)系列内部的硬件資(zī)源，與内部固件的結合可實現通過串口對P89V51RD2的遠程編程。固件由PHILIPS提供并嵌入到每一(yī)個芯片當中(zhōng)。ISP功能使用芯片的5個管腳（Vdd、Vss、TxD、RxD、RST），隻需要一(yī)個小(xiǎo)的連接器就可實現通過外(wài)部電(diàn)路使用該特性的應用接口。

　　用戶在搭建硬件電(diàn)路時，需要引出串口以便和PC機通信，如圖1所示。在搭建好硬件電(diàn)路後，将串口和PC機相連，上電(diàn)後就可使用ISP功能下(xià)載程序了。

　　4.2 ATmega系列單片機ISP原理

　　Atmega系列單片機的ISP程序固化在BOOTROM中(zhōng)，不能夠修改。Atmel公司的單片機ISP方式采用6線進行編程，分(fēn)别是電(diàn)源、地、MISO數據輸入、MOSI（數據輸出）、RESET（複位）、SCK（時鍾）。

　　向ATmega48串行寫入數據時，數據在SCK的上升沿得以鎖存。從ATmega48讀取數據時，數據在SCK的下(xià)降沿輸出。在串行編程模式下(xià)對ATmega48進行編程及校驗時，應遵循以下(xià)的步驟：

　　（1）上電(diàn)順序：在RESET及SCK爲“0”時，向VCC及GND供電(diàn)。在一(yī)些系統中(zhōng)，編程器不能保證在上電(diàn)時SCK保持爲低。在這種情況下(xià)，SCK拉低之後應在RESET加一(yī)正脈沖，而且這個脈沖至少要維持2個CPU時鍾周期。

　　（2）上電(diàn)之後等待至少20ms，然後向MOSI引腳輸入串行編程使能指令以使能串行編程。

　　（3）通信不同步将造成串行編程指令不工(gōng)作。同步之後，在發送編程使能指令的第三個字節時，第二個字節的内容0x53将被反饋回來。不論反饋的内容正确與否，指令的4個字節必須全部傳輸。如果0x53未被反饋，則需要向RESET提供一(yī)個正脈沖以開(kāi)始新的編程使能指令。

　　（4）Flash的編程以一(yī)次一(yī)頁的方式進行。在執行加載程序存儲頁指令時，通過6LSB的地址信息，數據以字節爲單位加載到存儲頁。

　　（5）提供了地址及數據信息之後，适合的寫指令将以字節爲單位對EEPROM編程。EEPROM存儲單元總是在寫入新數據之前自動擦除。

　　（6）可通過讀指令來校驗任何一(yī)個存儲單元的内容。數據從串行輸出口MISO輸出。

　　（7）編程結束後可以将RESET拉高開(kāi)始正常操作。

　　4.3 PIC系列單片機ISP原理

　　PIC系列單片機支持ISP功能，如圖2所示，需要用到電(diàn)源分(fēn)别是電(diàn)源、地、RB7數據、RESET（複位）、RB6（時鍾）。與MEGA系列單片機不同，少了一(yī)個數據線，隻有一(yī)個數據線，因此這個數據線是雙向的，因此在設計電(diàn)路時應當把這個數據線設計爲輸入輸出方式。

　　5 ISP技術在異地軟件升級的應用

　　火(huǒ)災報警控制器大(dà)都采用了MCS51系列單片機，可采用計算機下(xià)載程序，但遠程升級比較困難。筆者設計了一(yī)種适合遠程下(xià)載的編程模塊，可升級各種具有ISP功能的MCS51單片機，使用前将程序導入升級模塊，然後就可以帶着它去(qù)用戶現場升級程序了，非常方便。

　　6 ISP在大(dà)規模生(shēng)産中(zhōng)的應用

　　目前，國内火(huǒ)災探測器、報警按鈕、模塊等産品大(dà)多采用ATMEL、PIC、EM系列單片機，若通過傳統方式編程，每個芯片編程的時間最少30秒，生(shēng)産效率極低。采用ISP編程方式自制測試針床，把編程和線路闆測試結合起來，使編程、測試的總時間縮短到10秒，可大(dà)大(dà)提高生(shēng)産效率。