原创 AVR芯片的ISP全攻略

 2007-6-14 16:42  2873 5 5 分类: MCU/ 嵌入式

AVR芯片的ISP全攻略

并行编程，最早的编程方法，功能最强大，但需要连接较多的引脚，通常需要12V~24V的高压，以示区别，下面称为高压并行编程。
ISP(In System Programmability) 在系统编程，简称为串行下载
IAP(In Application Programing) 在应用编程，BootLoader也是类似的意思

1 ISP虽然利用了SPI接口(例外:M64/M128为UASRT0接口，Tiny13等没有SPI接口)的引脚，但只在复位时起作用，而且下载完成后合格的下载器会自动断开端口的连接，对正常工作时没有影响的（在产品应用中，下载器一定是不会一直粘在上面的）。
2 虽然高压并行下载能修复任何熔丝位，但对于贴片封装来说是很不现实的，所以ISP接口是最常用的下载方式了
3 虽然IAP是一种新的升级方法，但IAP程序本身也是要先用高压并行下载或ISP来烧进芯片里面才行
4 Tiny13等少管脚AVR芯片因为管脚实在太少了，有ISP,但没有[高压并行编程]而特制了[高压串行编程]

所以，产品上一般都留有ISP接口插座，或更省位置的----留6个焊盘就行了

ISP的工作前提
    1 芯片没有物理损坏
    2 芯片的SPIEN熔丝位=0    使能ISP功能
    3 芯片的RSTDISBL熔丝位=1 RESET引脚有效 (假如芯片有这个熔丝位)
    4 线路正常---------接错线？短路？
    5 下载器正常-------特别要考虑连线的接触不良问题
    6 电源

   运行时钟      ISP时钟(必须低于运行时钟的1/4)
    4096Hz        <1024Hz       //很变态的用法，外接32.768KHz晶体+CKDIV8 ,不过AVRISP还是提供了603Hz这个速度了
                                //另一简易解决办法是下载时在32.768KHz晶体并联一个1MHz晶体，双龙的下载线就配有一个8MHz的石英晶体
   32768Hz        <8192Hz
     128KHz       < 32KHz       //内部RC128KHz
     1.0MHz       <250KHz       //默认值(包括8MHz+CKDIV8)，所以AVRISP的ISP速度多为230KHz
     8.0MHz      <2000KHz
    16.0MHz      <4000KHz
运行时钟不等于震荡器的频率，因为部分AVR芯片有系统时钟预分频器，可以对震荡器进行1~256分频
CKDIV8熔丝位决定CLKPS位的初始值。
若CKDIV8未编程，CLKPS位复位为“0000”；若CKDIV8 已编程，CLKPS 位复位为“0011”，给出启动时分频因子为8

AVRISP可提供的ISP时钟 921.6KHz，230.4KHz， 57.6KHz，28.8KHz，4.0KHz， 603Hz
STK500可提供的ISP时钟 1.845MHz，460.8KHz，115.2KHz，57.6KHz，4.0KHz，1206Hz

   时钟设定      ISP方案
   内部RC        选择合适的ISP速度
   外部RC        接上合适的电阻和电容，选择合适的ISP速度。------补救: 外部时钟源接到XTAL1
                 外部RC 根本就没有什么意义，频率精度/稳定度不高，成本也没有降低，所以新的AVR芯片已经没有这个选项了。
                 各位网友要注意的是错误设定后补救方法
   外部晶体      接上合适的晶体，选择合适的ISP速度。      ------补救: 外部时钟源接到XTAL1
   外部时钟      接上合适的时钟源，选择合适的ISP速度。    ------补救: 外部时钟源接到XTAL1
外部时钟源可以是外部(4MHz)有源晶体输出，其他MCU的XTAL2脚，各种方波振荡电路(NE555)输出等

大部分AVR芯片的ISP端口是 SCK,MOSI,MISO,RESET
而M64/M128的ISP端口是     SCK, PDI, PDO,RESET
     而且M64/M128出厂默认兼容M103----熔丝位M103C=0，很多新特性不能使用，程序也可能不能正常运行
     ----因为C编译器通常默认自动把SP指向SRAM的末端，M103=0x0FFFH, M64/M128=0x10FFH，必然出错！

AVR的所有熔丝位均是:
1 未编程，多为不起作用的意思。
0 编程，多为起作用的意思。
基于可编程工艺的都是这样:
PROM/EEPROM/FLASH都是出厂时和擦除后变为全1(0xFF)的,要编程才能变成0。
反过来就是了，跟CE/OE/INT都是[低电平有效]一样，都是很常见。

在ISP模式下永远不能访问(修改)SPIEN位，这是AVR芯片的硬件保护
有独立RESET脚的M16/M32/M64/M128等，在ISP模式下根本就就不会令ISP无效，无论如何修改熔丝位，都能恢复正常。
M8/M48/M88/M168/Tiny系列有RSTDISBL熔丝位可以令导致RESET失效而令ISP无法工作外，其他情况都能恢复正常。

一般来说，只要满足ISP的工作前提，再把XTAL1接到一个4MHz有源晶体的输出，基本是万试万灵的。

不要忘记，并行高压编程的时钟信号也是从XTAL1导入方波信号的。
如果有源晶振的方法不行(除了ISPEN=0,RSTDISBL=0情况外)，恐怕高压编程也未必能奏效。

JTAG的影响(M16,M32,M128等):
JTAG能访问 SPIEN 和 JTAGEN,要是不小心同时改成SPIEN=1，JTAGEN=1，将会导致MCU锁死，需要高压并行编程才能恢复。

DebugWIRE的影响M48,M88,M168,T2313等,数据手册里面的资料不是很详细)
   由于DebugWIRE使用RESET脚来通讯，所以跟ISP有所冲突
   可以通过ISP或并行高压编程来使能DebugWIRE功能[即DWEN=0]，使能DebugWIRE功能后,ISP功能失效。
   可以通过DebugWIRE来关闭DebugWIRE功能[即DWEN=1]，关闭DebugWIRE功能后,如果RSTDISBL=1，SPIEN=0，ISP功能有效。
   比较特殊的是 DebugWIRE调试中，断点的使用会降低Flash 数据记忆时间 DebugWIRE调试用的器件不能发给最终客户。
   JTAG MKII同时具备JTAG/DeubgWIRE/ISP三种功能，可以轻松实现DebugWIRE/ISP的切换。
     (软件需要升级到1.09版以后即对应AVRstudio 4.12以后版本)
        最新版本 JTAG MK2使用说明中文pdf（20051125）
   设计使用debugWIRE 的系统时，必须进行下面的检查：
   ? dW/(RESET) 的上拉电阻不得小于10kΩ。debugWIRE 并不需要上拉电阻
   ? 将 RESET 引脚与 VCC 直接连接将无法工作
   ? 使用debugWIRE 时必须断开与RESET 引脚连接的电容
   ? 必须断开所有的外部复位源