專利名稱：一種芯片編程裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及單片機設計領域，具體的涉及到對芯片進行批量編程的裝置。
背景技術：
在單片機設計、開發和量產的過程中，其中一個重要的問題就是，如何快速、批量、保質的將程序寫入到單片機。
目前的現有技術中，批量燒錄單片機的常用的方法有兩種，第一種是離線編程。這種方法需要使用一臺計算機、一個通用編程器、一個芯片轉接適配器。編程時，芯片轉接適配器用于連接計算機和待燒錄的芯片，通過計算機控制，將程序的目標碼燒錄到單片機上。這種方法有明顯的缺點由于使用的是通用編程器和適配器，因此寫入的代碼都是相同的，這樣燒錄出來芯片只能編制簡單遞增的序列號；而且成本高，它需要用到計算機、編程器和適配器；而且操作復雜，需要同時操作計算機和編程器。
另一種業內流行技術是串行在線編程(ISP)。這種方法需要一臺計算機、一個串口或并口的編程器。串口或并口編程器通過USB接口連接到計算機的SPI(串行外設通信接口)接口上，待燒錄的芯片放置在編程器上。當需要對芯片編程時，通過操作計算機上的控制軟件，控制芯片的編程進度。這種編程器的一個典型的例子，如Atmel公司的STK-500就是為AVRFlash單片機設計的在線編程的設備，配合AVR Studio工具軟件或其它可驅動STK-500的軟件，可在Windows平臺通過RS-232串行口傳輸線一起來控制芯片的編程。
可以看出這種技術有它的缺點
(1)它操作復雜，需要操作計算機，而且一次只能燒錄一片芯片。
(2)它的穩定性比較低，因為這樣的編程過程采用了串口或者并口仿真SPI時序完成芯片編程，除了效率低，并且糾錯能力差，一旦在燒錄過程中出現差錯，例如出現緩沖區錯誤或數據錯位這樣的問題，就必須重啟計算機。
(3)容災性差，在目標板有故障時(如電源短路)，會燒毀目標板、編程器或計算機接口。
(4)最大的缺點在于它速度慢。這樣的燒錄速度只有1.6kbps左右，也就是說對一個芯片燒錄8KB的內容需要50秒左右，不利于批量作業。
實用新型內容(一)要解決的技術問題本實用新型的目的是提供一種可以脫離計算機作業、成本低、穩定性強、速度快、可使用復雜的編程規則進行批量編程的芯片編程器。
(二)技術方案為了達到上述目的，本實用新型提出一種芯片編程裝置，它包括以下部分(1)一個中央處理器CPU(1)，用于控制整個裝置，它具有至少一個SPI接口(5)；(2)一個顯示屏(2)，它連接到CPU，用于顯示輸入輸出結果；(3)一個鍵盤(3)，它連接到CPU，用戶通過它對編程進行操作；(4)一個傳輸接口，這個接口把本編程裝置連接到通用計算機，待燒錄的程序段通過這個接口從通用計算機下載到編程裝置的存儲器內。
(5)一個電源檢測與保護電路(9)，它分別連接到目標板和CPU，用于檢測到目標板的電流情況；上述的芯片編程裝置，一種優選的方案是還包括數據存儲器(8)，用于擴展數據存儲空間，存儲待燒錄的程序碼。
上述的芯片編程裝置，一種優選的方案是它還包括矩陣控制裝置(6)，它和CPU的SPI接口(5)相連接，用于對SPI接口進行擴展，并與針床或插座(7)連接，允許多個芯片同時燒錄。
上述的芯片編程裝置，一種優選的方案是鍵盤(3)是24鍵鍵盤。
上述的芯片編程裝置，一種優選的方案是傳輸接口是USB接口，這個接口包括一個USB接口芯片(4)，這個USB接口連接本編程裝置和通用計算機，用于數據的傳輸；待燒錄的程序段通過這個USB接口，從通用計算機下載到本編程裝置的存儲元件中。
上述的芯片編程裝置，一種優選的方案是電源檢測與保護電路用于檢測目標板的電流情況，包括是否出現短路和是否存在過流，當出現短路或電流大于設定的門限值時，斷開目標板的電流連接，并將信息反饋到CPU。
上述的芯片編程裝置，其中還包括電源部分，用于為所有用電元件供電。
(三)有益效果本實用新型具有以下有益效果(1)速度快。由于使用本裝置對芯片編程時，是直接使用SPI接口對芯片進行編程，而不是像現有技術必須經過串口或并口裝置，因此，傳輸速率只取決于芯片的存儲響應速度，也就是說，把芯片的編程速率發揮到極限。SPI口的通訊速率在250Kbps～4Mbps之間，因此，在目標芯片存儲寫入響應速度足夠的情況下，最高可達4Mbps。
(2)操作簡單，節省成本。整個編程操作脫離計算機，因此適合量產作業。只有在本裝置需要下載程序碼的時候才需要使用計算機，此外的操作都與計算機無關。
(3)錯誤處理簡單。采用本裝置對芯片編程時，由于操作脫離計算機，大部分錯誤無需人工干預即可自行恢復，個別情況僅需要操作人員通過操作本裝置的鍵盤就可以恢復工作。
(4)穩定性更強。由于本裝置包含電源檢測與保護電路，可以避免因目標板短路引起起火等災難性事件。


圖1是本實用新型的實施例1的模塊示意圖；圖2是本實用新型的實施例2的模塊示意圖；圖3是本實用新型的工作流程圖；圖中，1、CPU；2、LCD顯示屏；3、鍵盤；4、USB接口芯片；5、SPI編程接口；6、矩陣控制裝置；7、編程用的針床或插座；8、數據存儲器；9、電源檢測與保護電路。
具體實施方式
本實用新型提出的對芯片編程裝置，結合附圖和實施例說明如下。以下實施方式僅用于說明本實用新型，而并非對本實用新型的限制，有關技術領域的普通技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本實用新型的范疇，本實用新型的專利保護范圍應由各權利要求限定。
實施例1本實施例用于說明本發明的一種最基礎的配置，如圖1所示，包括一個CPU、一個LCD顯示屏、一個鍵盤，一個傳輸接口，一個電源檢測與保護電路。
CPU方面，本實施例中采用了Atmel公司的Mega128芯片，它包括128KB的可重復編程的Flash(閃存)、4KB的EEPROM(電可擦可編程只讀存貯器)、主/從串行SPI編程接口、8通道10位ADC(模擬-數字轉換器)、雙可編程串行USART(通用同步異步接收發送器)。
鍵盤方面，采用了通用的24鍵鍵盤；顯示屏采用了通用的128*64液晶顯示屏，這部分都屬于本領域技術人員所熟知的技術，在此不再贅述。
傳輸接口方面，本實施例采用了現有技術中流行的USB(通用串行總線)接口，它包括一個控制用的USB接口芯片。這部分技術屬于現有通用技術，例如采用SILICON公司的CP2102芯片，在此不再贅述。
電源檢測與保護電路方面，采用了分離電路的設計，它與目標板或芯片插座相連接。當目標板的電流出現短路或大于某個門限值時，這部分電路斷開目標板的電流，起到保護的作用，并把這部分信息反饋到CPU，在顯示屏上顯示。這種保護電路屬于本領域技術工人公知的技術，在此不再贅述。
將顯示屏、鍵盤和USB接口分別與CPU相連接，完成本裝置的組合。在本實施例中，由于所采用的CPU的SPI編程接口沒有得到擴展，因此只能同時對一個芯片進行編程。
待燒錄的程序目標碼與編程規則通過USB接口，從通用計算就傳輸到本裝置中，具體的說，程序目標碼已經存儲在CPU的Flash中。因此，當目標芯片進行燒錄時，就不需要再操作計算機，所有操作都在本裝置上完成。
其中，編程規則是一段程序代碼，它可以實現諸如特定的序列號編碼、廠商信息、隨機數生成、數據加密等隨著每次編程都有所變化的特定功能。
本裝置的工作流程圖如圖3所示。
設備上電后開始常規自檢。這個操作一般較少發生錯誤，如果遇到錯誤發生，相關的信息會顯示在LCD上，這時候可能需要用戶重新啟動本裝置。通過自檢之后，用戶就可以開始對芯片進行操作，例如燒錄芯片程序。當用戶下達指令開始芯片燒錄，系統開始初始化SPI通訊、根據編程規則準備相關的數據、然后切換到SPI連接。首先檢測目標板的電源狀況，包括是否出現短路、是否存在過流等，然后開始常規的芯片燒錄程序，包括讀取目標芯片的ID、設置熔絲位、寫入Flash、寫入EEPROM、寫鎖定位、檢驗。這7個步驟如果出現錯誤，相關的錯誤信息會顯示在LCD上，并等待用戶操作，例如重新開始燒錄程序，通常不需要用戶重新啟動裝置。因此，比起現有技術中使用ISP(串行在線編程)一旦出現錯誤經常需要重新啟動設備，本裝置在使用上要方便得多。如果以上7個步驟都能成功運行，則完成對一片芯片的燒錄。這時候系統會返回，等待用戶操作，例如，用戶可以準備燒錄下一片芯片。
可以看出，使用本裝置時編程效率大幅提高，由于是直接使用SPI接口對芯片進行編程，而不是像現有技術一樣采用串口或并口仿真SPI方式連接到芯片，因此，傳輸速度的瓶頸不再由接口間通信速率造成，而只取決于芯片的存儲響應速度，也就是說，把芯片的編程速率發揮到極限。因此，在燒錄速度方面有非常大幅度的提高，按照現有AVR芯片存儲響應速度計算，能達到256Kbps；不考慮存儲響應速度情況下，最高可達4Mbps；而且操作簡單，整個編程過程可以脫離計算機，因此適合產量作業；另外在錯誤處理方面比現有技術簡單，它不需要重啟計算機，采用本裝置時，遇到錯誤一般只需要操作人員通過鍵盤操作就可以。
實施例2本實施例用于說明采用擴展的設備時的技術方案，除了必要的CPU、LCD、鍵盤、傳輸接口、電源檢測與保護電路外，還包括了擴展的Flash和矩陣控制器。
CPU方面，本實施例中采用了Atmel公司的Mega64芯片，它包括64KB的可重復編程的Flash(閃存)、2KB的EEPROM(電可擦可編程只讀存貯器)、一個SPI編程接口、8通道10位ADC(模擬-數字轉換器)、雙可編程串行USART(通用同步異步接收發送器)。
在本實施例中，擴展的Flash采用了Atmel公司的AT29C010芯片，它是僅5伏的可編程可擦除只讀存儲器(PEROM)，具有1MB(128K×8bit)容量。
另外，SST公司的MTP27SF020、MPF39SF020系列FLASH存儲器同樣可以用于擴展存儲空間。
傳輸接口方面，同實施例1，本實施例采用了現有技術中流行的USB(通用串行總線)接口，它包括一個控制用的USB接口芯片。這部分技術屬于現有通用技術，例如采用SILICON公司的CP2102芯片，在此不再贅述。
矩陣控制裝置與SPI接口連接，用于對SPI編程接口進行擴展。擴展后的編程裝置允許對多個芯片同時編程，進一步提高編程效率。在本實施例中，采用CD4067芯片，它是一個16路模擬開關。因此，本實施例的裝置允許對最多16個芯片同時進行編程。
還可以擴展一個測試芯片用的IO(輸入輸出設備)，并連接到測試專用的針床或插座。這樣，把待測試的芯片插在針床上，可以進行測試。這部分技術屬于本領域的技術人員常用的現有技術，在此不再贅述。
鍵盤方面，采用了通用的24鍵鍵盤；顯示屏采用了通用設備，這部分都屬于本領域技術人員所熟知的技術，在此不再贅述。
同樣的，采用本實用新型的裝置，可以大幅提高編程效率。原本一批芯片總共1000片，采用現有技術的在線編程作業方式時，需要4個操作人員共20小時的作業，即每人每千片需80個工作時；而采用本實用新型的裝置后，由于提高了編程速率并且簡化了操作，因此同樣的芯片共6000片，只需要2個操作人員10小時的作業就可以完成，即每人每千片需3.3個工作時，效率提高了24倍。而且采用本裝置完成的芯片，由于操作過程的穩定性提高了，因此故障發生率較
權利要求1.一種芯片編程裝置，其特征在于它包括以下部分(1)一個中央處理器CPU(1)，用于控制整個裝置，它具有至少一個SPI接口(5)；(2)一個顯示屏(2)，它連接到CPU，用于顯示輸入輸出結果；(3)一個鍵盤(3)，它連接到CPU，用戶通過它對編程進行操作；(4)一個傳輸接口，這個接口把本編程裝置連接到通用計算機，待燒錄的程序段通過這個接口從通用計算機下載到編程裝置的存儲器內；(5)一個電源檢測與保護電路(9)，它分別連接到目標板和CPU，用于檢測到目標板的電流情況。
2.如權利要求1所述的芯片編程裝置，其特征在于它還包括數據存儲器(8)，用于擴展數據存儲空間，存儲待燒錄的程序碼。
3.如權利要求1所述的芯片編程裝置，其特征在于它還包括矩陣控制裝置(6)，它和CPU的SPI接口(5)相連接，用于對SPI接口進行擴展，并與針床或插座(7)連接，允許多個芯片同時燒錄。
4.如權利要求1所述的芯片編程裝置，其特征在于鍵盤(3)是24鍵鍵盤。
5.如權利要求1所述的芯片編程裝置，其特征在于傳輸接口是USB接口，這個接口包括一個USB接口芯片(4)，這個USB接口連接本編程裝置和通用計算機，用于數據的傳輸；待燒錄的程序段通過這個USB接口，從通用計算機下載到本編程裝置的存儲元件中。
6.如權利要求1所述的芯片編程裝置，其特征在于所述電源檢測與保護電路(9)采用分離電路的設計。
7.如權利要求1所述的芯片編程裝置，其特征在于還包括電源部分，用于為所有用電元件供電。
專利摘要本實用新型涉及單片機開發領域。本實用新型提出一種芯片編程裝置，它包括一個CPU、一個顯示屏、一個鍵盤和一個數據傳輸接口和一個電源檢測與保護電路，其中CPU必須具有SPI編程接口。將待編程的程序碼通過傳輸接口從通用計算機下載到本裝置的存儲器內，通過CPU的SPI接口直接與待燒錄的芯片相連，進行編程；顯示屏和鍵盤屬于輸入輸出設備，用于顯示當前狀態以及允許用戶操作；電源檢測與保護電路可檢測目標板的電源是否短路或過流并做出相應保護動作。采用本實用新型的裝置，芯片的編程速率能獲得大幅提高，而且操作簡單，可以脫離計算機操作，編程后的芯片故障率更低，并有抗災措施。
文檔編號G06F9/445GK2869988SQ20052011462
公開日2007年2月14日 申請日期2005年11月10日 優先權日2005年11月10日
發明者張正新 申請人:北京兆維電子(集團)有限責任公司