专利名称：一种芯片编程装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及单片机设计领域，具体的涉及到对芯片进行批量编程的装置。
背景技术：
在单片机设计、开发和量产的过程中，其中一个重要的问题就是，如何快速、批量、保质的将程序写入到单片机。
目前的现有技术中，批量烧录单片机的常用的方法有两种，第一种是离线编程。这种方法需要使用一台计算机、一个通用编程器、一个芯片转接适配器。编程时，芯片转接适配器用于连接计算机和待烧录的芯片，通过计算机控制，将程序的目标码烧录到单片机上。这种方法有明显的缺点由于使用的是通用编程器和适配器，因此写入的代码都是相同的，这样烧录出来芯片只能编制简单递增的序列号；而且成本高，它需要用到计算机、编程器和适配器；而且操作复杂，需要同时操作计算机和编程器。
另一种业内流行技术是串行在线编程(ISP)。这种方法需要一台计算机、一个串口或并口的编程器。串口或并口编程器通过USB接口连接到计算机的SPI(串行外设通信接口)接口上，待烧录的芯片放置在编程器上。当需要对芯片编程时，通过操作计算机上的控制软件，控制芯片的编程进度。这种编程器的一个典型的例子，如Atmel公司的STK-500就是为AVRFlash单片机设计的在线编程的设备，配合AVR Studio工具软件或其它可驱动STK-500的软件，可在Windows平台通过RS-232串行口传输线一起来控制芯片的编程。
可以看出这种技术有它的缺点
(1)它操作复杂，需要操作计算机，而且一次只能烧录一片芯片。
(2)它的稳定性比较低，因为这样的编程过程采用了串口或者并口仿真SPI时序完成芯片编程，除了效率低，并且纠错能力差，一旦在烧录过程中出现差错，例如出现缓冲区错误或数据错位这样的问题，就必须重启计算机。
(3)容灾性差，在目标板有故障时(如电源短路)，会烧毁目标板、编程器或计算机接口。
(4)最大的缺点在于它速度慢。这样的烧录速度只有1.6kbps左右，也就是说对一个芯片烧录8KB的内容需要50秒左右，不利于批量作业。
实用新型内容(一)要解决的技术问题本实用新型的目的是提供一种可以脱离计算机作业、成本低、稳定性强、速度快、可使用复杂的编程规则进行批量编程的芯片编程器。
(二)技术方案为了达到上述目的，本实用新型提出一种芯片编程装置，它包括以下部分(1)一个中央处理器CPU(1)，用于控制整个装置，它具有至少一个SPI接口(5)；(2)一个显示屏(2)，它连接到CPU，用于显示输入输出结果；(3)一个键盘(3)，它连接到CPU，用户通过它对编程进行操作；(4)一个传输接口，这个接口把本编程装置连接到通用计算机，待烧录的程序段通过这个接口从通用计算机下载到编程装置的存储器内。
(5)一个电源检测与保护电路(9)，它分别连接到目标板和CPU，用于检测到目标板的电流情况；上述的芯片编程装置，一种优选的方案是还包括数据存储器(8)，用于扩展数据存储空间，存储待烧录的程序码。
上述的芯片编程装置，一种优选的方案是它还包括矩阵控制装置(6)，它和CPU的SPI接口(5)相连接，用于对SPI接口进行扩展，并与针床或插座(7)连接，允许多个芯片同时烧录。
上述的芯片编程装置，一种优选的方案是键盘(3)是24键键盘。
上述的芯片编程装置，一种优选的方案是传输接口是USB接口，这个接口包括一个USB接口芯片(4)，这个USB接口连接本编程装置和通用计算机，用于数据的传输；待烧录的程序段通过这个USB接口，从通用计算机下载到本编程装置的存储元件中。
上述的芯片编程装置，一种优选的方案是电源检测与保护电路用于检测目标板的电流情况，包括是否出现短路和是否存在过流，当出现短路或电流大于设定的门限值时，断开目标板的电流连接，并将信息反馈到CPU。
上述的芯片编程装置，其中还包括电源部分，用于为所有用电元件供电。
(三)有益效果本实用新型具有以下有益效果(1)速度快。由于使用本装置对芯片编程时，是直接使用SPI接口对芯片进行编程，而不是像现有技术必须经过串口或并口装置，因此，传输速率只取决于芯片的存储响应速度，也就是说，把芯片的编程速率发挥到极限。SPI口的通讯速率在250Kbps～4Mbps之间，因此，在目标芯片存储写入响应速度足够的情况下，最高可达4Mbps。
(2)操作简单，节省成本。整个编程操作脱离计算机，因此适合量产作业。只有在本装置需要下载程序码的时候才需要使用计算机，此外的操作都与计算机无关。
(3)错误处理简单。采用本装置对芯片编程时，由于操作脱离计算机，大部分错误无需人工干预即可自行恢复，个别情况仅需要操作人员通过操作本装置的键盘就可以恢复工作。
(4)稳定性更强。由于本装置包含电源检测与保护电路，可以避免因目标板短路引起起火等灾难性事件。
图1是本实用新型的实施例1的模块示意图；图2是本实用新型的实施例2的模块示意图；图3是本实用新型的工作流程图；图中，1、CPU；2、LCD显示屏；3、键盘；4、USB接口芯片；5、SPI编程接口；6、矩阵控制装置；7、编程用的针床或插座；8、数据存储器；9、电源检测与保护电路。
具体实施方式
本实用新型提出的对芯片编程装置，结合附图和实施例说明如下。以下实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由各权利要求限定。
实施例1本实施例用于说明本发明的一种最基础的配置，如图1所示，包括一个CPU、一个LCD显示屏、一个键盘，一个传输接口，一个电源检测与保护电路。
CPU方面，本实施例中采用了Atmel公司的Mega128芯片，它包括128KB的可重复编程的Flash(闪存)、4KB的EEPROM(电可擦可编程只读存贮器)、主/从串行SPI编程接口、8通道10位ADC(模拟-数字转换器)、双可编程串行USART(通用同步异步接收发送器)。
键盘方面，采用了通用的24键键盘；显示屏采用了通用的128*64液晶显示屏，这部分都属于本领域技术人员所熟知的技术，在此不再赘述。
传输接口方面，本实施例采用了现有技术中流行的USB(通用串行总线)接口，它包括一个控制用的USB接口芯片。这部分技术属于现有通用技术，例如采用SILICON公司的CP2102芯片，在此不再赘述。
电源检测与保护电路方面，采用了分离电路的设计，它与目标板或芯片插座相连接。当目标板的电流出现短路或大于某个门限值时，这部分电路断开目标板的电流，起到保护的作用，并把这部分信息反馈到CPU，在显示屏上显示。这种保护电路属于本领域技术工人公知的技术，在此不再赘述。
将显示屏、键盘和USB接口分别与CPU相连接，完成本装置的组合。在本实施例中，由于所采用的CPU的SPI编程接口没有得到扩展，因此只能同时对一个芯片进行编程。
待烧录的程序目标码与编程规则通过USB接口，从通用计算就传输到本装置中，具体的说，程序目标码已经存储在CPU的Flash中。因此，当目标芯片进行烧录时，就不需要再操作计算机，所有操作都在本装置上完成。
其中，编程规则是一段程序代码，它可以实现诸如特定的序列号编码、厂商信息、随机数生成、数据加密等随着每次编程都有所变化的特定功能。
本装置的工作流程图如图3所示。
设备上电后开始常规自检。这个操作一般较少发生错误，如果遇到错误发生，相关的信息会显示在LCD上，这时候可能需要用户重新启动本装置。通过自检之后，用户就可以开始对芯片进行操作，例如烧录芯片程序。当用户下达指令开始芯片烧录，系统开始初始化SPI通讯、根据编程规则准备相关的数据、然后切换到SPI连接。首先检测目标板的电源状况，包括是否出现短路、是否存在过流等，然后开始常规的芯片烧录程序，包括读取目标芯片的ID、设置熔丝位、写入Flash、写入EEPROM、写锁定位、检验。这7个步骤如果出现错误，相关的错误信息会显示在LCD上，并等待用户操作，例如重新开始烧录程序，通常不需要用户重新启动装置。因此，比起现有技术中使用ISP(串行在线编程)一旦出现错误经常需要重新启动设备，本装置在使用上要方便得多。如果以上7个步骤都能成功运行，则完成对一片芯片的烧录。这时候系统会返回，等待用户操作，例如，用户可以准备烧录下一片芯片。
可以看出，使用本装置时编程效率大幅提高，由于是直接使用SPI接口对芯片进行编程，而不是像现有技术一样采用串口或并口仿真SPI方式连接到芯片，因此，传输速度的瓶颈不再由接口间通信速率造成，而只取决于芯片的存储响应速度，也就是说，把芯片的编程速率发挥到极限。因此，在烧录速度方面有非常大幅度的提高，按照现有AVR芯片存储响应速度计算，能达到256Kbps；不考虑存储响应速度情况下，最高可达4Mbps；而且操作简单，整个编程过程可以脱离计算机，因此适合产量作业；另外在错误处理方面比现有技术简单，它不需要重启计算机，采用本装置时，遇到错误一般只需要操作人员通过键盘操作就可以。
实施例2本实施例用于说明采用扩展的设备时的技术方案，除了必要的CPU、LCD、键盘、传输接口、电源检测与保护电路外，还包括了扩展的Flash和矩阵控制器。
CPU方面，本实施例中采用了Atmel公司的Mega64芯片，它包括64KB的可重复编程的Flash(闪存)、2KB的EEPROM(电可擦可编程只读存贮器)、一个SPI编程接口、8通道10位ADC(模拟-数字转换器)、双可编程串行USART(通用同步异步接收发送器)。
在本实施例中，扩展的Flash采用了Atmel公司的AT29C010芯片，它是仅5伏的可编程可擦除只读存储器(PEROM)，具有1MB(128K×8bit)容量。
另外，SST公司的MTP27SF020、MPF39SF020系列FLASH存储器同样可以用于扩展存储空间。
传输接口方面，同实施例1，本实施例采用了现有技术中流行的USB(通用串行总线)接口，它包括一个控制用的USB接口芯片。这部分技术属于现有通用技术，例如采用SILICON公司的CP2102芯片，在此不再赘述。
矩阵控制装置与SPI接口连接，用于对SPI编程接口进行扩展。扩展后的编程装置允许对多个芯片同时编程，进一步提高编程效率。在本实施例中，采用CD4067芯片，它是一个16路模拟开关。因此，本实施例的装置允许对最多16个芯片同时进行编程。
还可以扩展一个测试芯片用的IO(输入输出设备)，并连接到测试专用的针床或插座。这样，把待测试的芯片插在针床上，可以进行测试。这部分技术属于本领域的技术人员常用的现有技术，在此不再赘述。
键盘方面，采用了通用的24键键盘；显示屏采用了通用设备，这部分都属于本领域技术人员所熟知的技术，在此不再赘述。
同样的，采用本实用新型的装置，可以大幅提高编程效率。原本一批芯片总共1000片，采用现有技术的在线编程作业方式时，需要4个操作人员共20小时的作业，即每人每千片需80个工作时；而采用本实用新型的装置后，由于提高了编程速率并且简化了操作，因此同样的芯片共6000片，只需要2个操作人员10小时的作业就可以完成，即每人每千片需3.3个工作时，效率提高了24倍。而且采用本装置完成的芯片，由于操作过程的稳定性提高了，因此故障发生率较
权利要求1.一种芯片编程装置，其特征在于它包括以下部分(1)一个中央处理器CPU(1)，用于控制整个装置，它具有至少一个SPI接口(5)；(2)一个显示屏(2)，它连接到CPU，用于显示输入输出结果；(3)一个键盘(3)，它连接到CPU，用户通过它对编程进行操作；(4)一个传输接口，这个接口把本编程装置连接到通用计算机，待烧录的程序段通过这个接口从通用计算机下载到编程装置的存储器内；(5)一个电源检测与保护电路(9)，它分别连接到目标板和CPU，用于检测到目标板的电流情况。
2.如权利要求1所述的芯片编程装置，其特征在于它还包括数据存储器(8)，用于扩展数据存储空间，存储待烧录的程序码。
3.如权利要求1所述的芯片编程装置，其特征在于它还包括矩阵控制装置(6)，它和CPU的SPI接口(5)相连接，用于对SPI接口进行扩展，并与针床或插座(7)连接，允许多个芯片同时烧录。
4.如权利要求1所述的芯片编程装置，其特征在于键盘(3)是24键键盘。
5.如权利要求1所述的芯片编程装置，其特征在于传输接口是USB接口，这个接口包括一个USB接口芯片(4)，这个USB接口连接本编程装置和通用计算机，用于数据的传输；待烧录的程序段通过这个USB接口，从通用计算机下载到本编程装置的存储元件中。
6.如权利要求1所述的芯片编程装置，其特征在于所述电源检测与保护电路(9)采用分离电路的设计。
7.如权利要求1所述的芯片编程装置，其特征在于还包括电源部分，用于为所有用电元件供电。
专利摘要本实用新型涉及单片机开发领域。本实用新型提出一种芯片编程装置，它包括一个CPU、一个显示屏、一个键盘和一个数据传输接口和一个电源检测与保护电路，其中CPU必须具有SPI编程接口。将待编程的程序码通过传输接口从通用计算机下载到本装置的存储器内，通过CPU的SPI接口直接与待烧录的芯片相连，进行编程；显示屏和键盘属于输入输出设备，用于显示当前状态以及允许用户操作；电源检测与保护电路可检测目标板的电源是否短路或过流并做出相应保护动作。采用本实用新型的装置，芯片的编程速率能获得大幅提高，而且操作简单，可以脱离计算机操作，编程后的芯片故障率更低，并有抗灾措施。
文档编号G06F9/445GK2869988SQ20052011462
公开日2007年2月14日 申请日期2005年11月10日 优先权日2005年11月10日
发明者张正新 申请人:北京兆维电子(集团)有限责任公司