AT89S52單片機的USB下載線設計

　　1 引言

　　不同的單片機有不同的下載線，一般來說，對應有不同的下載軟件和硬件驅動程序。這些軟件和程序隨著功能的完善和操作等原因還有不同的版本。這造成下載線的使用者需要不斷的更新軟件，也讓使用者在更換單片機時不僅更換下載線，還要熟悉新的下載軟件。為此，如果能設計一種不需要下載軟件的下載線或統一操作的下載軟件，則能大大提高單片機程序下載的操作效率。研究和開發一種通用而不需下載軟件的 USB 接口的單片機的下載線更為必要。

　　2 硬件設計

　　2.1 設計思想

　　為了能夠使用和兼容傳統的下載線，一種方式是在計算機中連接一個USB 轉并口(或串口)的連接線，然后再連接一根傳統的下載線。在市場上，很多USB 轉并口的線是給打印機專用的，它并不是一個模擬并口，而是模擬了一個USB 打印機，是不能用來連接并口下載線進行程序下載的。USB 轉串口則不一樣，因為它是真正的在電腦上模擬了一個串口，一般的編程軟件都可以對這個串口進行讀寫操作。

　　另一種方式是單獨開發的USB 編程器，其功能包含了USB 接口和下載線(也有一部分還帶有編程器等功能)，一些USB 編程器內部結構是一個USB 轉串口的芯片轉成串口后再接后續編程電路，這樣的方式與單獨的USB 轉串口加下載線的原理和連接是相同的。

　　不管是哪一種下載線，都需要對應的驅動程序和下載程序，當然，這些下載線也支持在線仿真等功能。

　　為了實現計算機中不需要安裝下載線驅動程序，在對下載線控制系統調試完成后，計算機系統就可使用系統中自有的USB 驅動程序實現程序對下載線進行讀寫，這樣既能保證了在所有計算機上都可以通用，又實現了在計算機中不需要專用的下載程序，只需要如磁盤操作一樣進行復制、粘貼或其他文件復制操作即可將程序寫入單片機。

　　2.2 選用接口器件

　　在考慮了若干USB 接口芯片后，選用Philips 公司的PDIUSBD12 作為系統的USB 接口芯片，該芯片僅是一塊USB轉并行接口的系統芯片，所有的應答數據都由單片機提供，能夠滿足設計需要。

　　PDIUSBD12 是一款性價比很高的USB 器件，完全符合USB1.1 版的規范，PDIUSBD12 通常用作微控制器系統中實現與微控制器進行通信的高速通用并行接口。PDIUSBD12 引腳功能如圖1 所示。

　　圖1 PDIUSBD12 引腳圖

　　2.3 PDIUSBD12 與單片機連接

　　在Philips 的PDIUSBD12 文檔中，發布了一個與80C51的典型應用電路，如圖2 所示。

　　在圖2 中，ALE 接為低電平，表示一個獨立的地址和數據總線配置。PDIUSBD12 的A0 腳與80C51 的任意一個I/O 口相連。該端口控制PDIUSBD12 的命令和數據狀態。80C51 的多位地址和數據總線可直接與PDIUSBD12 的數據總線相連。

　　80C51 的頻率輸入可由PDIUSBD12 的CLKOUT 提供。

　　2.4 下載線接口電路

　　下載線的電路由三個部分組成，分別是單片機控制部分、USB 接口處理電路和下載線接口電路。

　　其中USB 接口處理電路是采用D12 芯片與系統控制單片機芯片的連接方式采用了模擬總線的方式進行連接，數據端口連接到單片機的P0 端口，并在P0 端口上接了一個上拉排阻實現了端口輸出高電平。將D12 的讀寫控制分別接到P3.6 和P3.7 引腳，地址端A0 接到P1.1 引腳上。其時鐘信號從CLKOUT 輸出，連接到單片機AT89S52 的XTAL1 上，作為單片機的時鐘信號，電路如圖3 所示。

　　下載線接口采用P2 的部分引腳進行控制，分別是P2.0接OE 端控制輸出端口是否有效，P2.1 接SCLK、P2.3 接MOSI、P2.5 接MISO 構成模擬SPI 接口，P2.7 控制目標芯片的RESET 引腳使其進入串行下載模式。另外，保留了P30 和P31 作為異步串行通信端口，作為系統調試端口，P15、P16、P17 和RESET 與VCC、GND 連接到系統控制芯片的程序下載接口。

　　為了保證在沒有寫程序時不影響單片機的工作，所有與單片機連接的下載線接口都應保持高阻狀態，在需要編程時又能夠將對應的電平影響單片機引腳，所以在設計中，參考了原altera 并口下載線的接口電路，采用三態的總線驅動芯片74HC244 作為下載線接口驅動電路。具體的接口電路如圖4 所示。