Microcontrolador 8051: Gravando um Firmware no AT89S51 (e o AT89S52) com o Avrdude e um Arduino

Uma vez que os comandos de programação serial do AT89S51 são semelhantes aos dos microcontroladores AVR, me pareceu natural que o avrdude poderia ser usado para programá-lo, usando um Arduino Uno com o sketch ArduinoISP. Existem alguns tutoriais sobre isso na internet, mas quando fui tentar surgiram algumas dificuldades...

Hardware

Aqui não tiver surpresas: basta colocar o cristal com seus capacitores no AT89S51 e ligar os pinos SCK, MISO, MOSI e Reset dele aos pinos 13, 12, 11, 10 do Arduino Uno (para outros modelos, veja os comentários no início do sketch):

Um detalhe: as versões mais recentes do avrdude convivem com o auto-reset do Arduino, dispensando a necessidade de desligá-lo.

Sketch do Arduino

O sketch ArduinoISP, que vem como exemplo junto com a versão 1.8.8 da IDE do Arduino, tem uma parte do suporte ao AT89S: ele sabe que o reset tem polaridade invertida neste caso. Falta, porém acertar a leitura da identificação do chip. Um jeito é usar a opção -F do avrdude para ele ignorar isso, mas é claro que eu preferi consertar.

Basta procurar no sketch a rotina read_signature() e substituí-la pela abaixo:

void read_signature() {
  if (CRC_EOP != getch()) {
    error++;
    SERIAL.print((char) STK_NOSYNC);
    return;
  }
  SERIAL.print((char) STK_INSYNC);
  if (param.devicecode >= 0xe0) {
    uint8_t high = spi_transaction(0x28, 0x00, 0x00, 0x00);
    SERIAL.print((char) high);
    uint8_t middle = spi_transaction(0x28, 0x01, 0x00, 0x00);
    SERIAL.print((char) middle);
    uint8_t low = spi_transaction(0x28, 0x02, 0x00, 0x00);
    SERIAL.print((char) low);
  } else {
    uint8_t high = spi_transaction(0x30, 0x00, 0x00, 0x00);
    SERIAL.print((char) high);
    uint8_t middle = spi_transaction(0x30, 0x00, 0x01, 0x00);
    SERIAL.print((char) middle);
    uint8_t low = spi_transaction(0x30, 0x00, 0x02, 0x00);
    SERIAL.print((char) low);
  }
  SERIAL.print((char) STK_OK);
}

O 'devicecode' informa o tipo de microcontrolador, os valores acima de 0xE0 correspondem ao AT89S51 e AT89S52.

Use a IDE do Arduino para compilar e carregar este sketch no Arduino Uno.

Configuração do Avrdude

Eu fiz meus testes com a versão 6.3 do avrdude, que você pode baixar (para Windows) deste link. O arquivo ZIP contém o executável e o arquivo de configuração padrão.

A configuração padrão do avrdude não inclui definições para o AT89S51 e AT89S52. Eu parti da configuração contida neste tutorial. Você pode também copiar o avrdude.conf padrão para um arquivo avr51.conf e acrescentar no final as linhas abaixo:

# Configuracoes para AT89S51 e AT89S52
part
    id               = "89s52";
    desc             = "AT89S52";
    stk500_devcode   = 0xE1;
    signature        = 0x1e 0x52 0x06;
    chip_erase_delay = 500000;
    reset            = dedicated;
    pgm_enable       = "1 0 1 0  1 1 0 0    0 1 0 1  0 0 1 1",
                       "x x x x  x x x x    x x x x  x x x x";

    chip_erase       = "1 0 1 0  1 1 0 0    1 0 0 x  x x x x",
                       "x x x x  x x x x    x x x x  x x x x";

    memory "flash"
        size            = 8192 ;             # bytes
        read            = "0 0 1 0 0 0 0 0  x x x a12 a11 a10 a9 a8",
                          "a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 o o o o o o o o";
        write           = "0 1 0 0 0 0 0 0 x x x a12 a11 a10 a9 a8",
                          "a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 i i i i i i i i";
        ;
    memory "signature"
        size            = 3;
        read            = "0 0 1 0 1 0 0 0  0 0 0 0 0 0 a1 a0",
                          "0 0 0 0 0 0 0 0  o o o o o o  o  o";
        ;
  ;
part parent "89s52"
    id = "89s51";
    desc = "AT89S51";
    signature = 0x1e 0x51 0x06;
    memory "flash"
        size            = 4096 ;             # bytes
        read            = "0 0 1 0 0 0 0 0  x x x x a11 a10 a9 a8",
                          "a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 o o o o o o o o";
        write           = "0 1 0 0 0 0 0 0 x x x x a11 a10 a9 a8",
                          "a7 a6 a5 a4 a3 a2 a1 a0 i i i i i i i i";
      ;
    ;

Um detalhe: nestas linhas são definidos corretamente os comandos para leitura da identificação do AT89S51. Entretanto, ao usar com o ArduinoISP estes comandos não são usados.

Usando o Ardude

Estou supondo que você colocou num diretório o avrdude.exe, o avr51.conf e o firmware que você quer gravar (vamos chamar aqui de firmware.hex). Nos comandos abaixo, estou supondo que o seu Arduino aparece no micro como COM8 (substitui pelo port correto).

Abra uma janela de comando e vá para o diretório onde estão os arquivos. O comando abaixo testa se tudo está correto:

Explicando as opções do avrdude:

• "-C avr51.conf" manda usar a configuração avr51.conf
• "-p AT89S51" informa que você vai gravar um AT89S51. Para gravar um AT89S52, troque por "-p AT89S52"
• "-c arduino" diz que você está usando um Arduino como programador
• "-P COM8" seleciona a porta COM8 para comunicar com o Arduino
• "-b 19200" seleciona a velocidade de comunicação

Se aparecer uma mensagem de erro, confira as conexões e os passos acima.

Um detalhe que me fez perder muito tempo: se você não colocar o "-b 19200", o avrdude não detecta que tem algo errado mas diz que a identificação do microcontrolador é a do ATmega328p!

Se deu certo, agora é só gravar:

Um outro detalhe é que não funciona usando um USBtinyISP (talvez mexendo no firmware...). Não cheguei a testar com o USBASP.