Модель универсального программатора

Содержание

Введение                                                                                                               1.Основная часть                                                                                                   

1. Теоретические основы электронного устройства                                        
2. Практическая часть                                                                                       

1.2.1 Принципиальная схема электронного  устройства                                  

1.2.2 Расчет конструкции электронного  устройства                                        

1.2.3 Компьютерное моделирование  электронного устройства                     

Заключение                                                                                                           

Список литературы                                                                                              

Спецификация                                                                                                      

 

 

 

 

 

Аннотация

В курсовой работе я изучал модель универсального программатора ВМ9215, который служит для записи/считывания информации в постоянное запоминающее устройство. Произвел моделирование, описал элементы схемы, рассчитал тепловой режим.

 

Введение

Развитие  микроэлектроники и широкое применение ее изделий в промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми разнообразными объектами и  процессами является в настоящее  время одним из основных направлений  научно - технического прогресса.

В обширной номенклатуре изделий электронной  техники особое место занимает семейство  программируемых микросхем. Их ускоренное развитие в настоящее время символизирует  прогресс в микроэлектронике, которая  является катализатором научно - технического прогресса в современном мире.

Возрастающий  круг научно - технических работников сталкивается в своей практической деятельности с вопросами применения запоминающих и логических программируемых  микросхем. Их использование в радиоэлектронной аппаратуре позволяет резко сократить  сроки ее разработки и промышленного  освоения; поднять на новый уровень  технические характеристики.

Существует  принципиальная необходимость использования  программируемых микросхем в  микро - процессорных устройствах и  системах практически для всех областей народного хозяйства, таких, как  гибкие производственные системы, системы  управления различными технологическими процессами, персональные ЭВМ, бытовая  аппаратура.

Характерной тенденцией развития элементной базы современной аппаратуры (РЭА) является быстрый рост степени интеграции. В этих условиях актуальной становится проблема ускорения разработки узлов  аппаратуры, представляющих собой схемы  с большой (БИС) и со сверхбольшой (СБИС) степенями интеграции.

Программируемые БИС в настоящее время широко распространены. Их основные преимущества перед другими изделиями микроэлектроники: регулярность структуры, функциональная наращиваемость, широкий диапазон реализуемых на их основе устройств с комбинационной логикой и конечных автоматов, программируемость структуры. При этом достигаются большая и сверхбольшая степени интеграции устройств на кристалле. Преимущество БИС – возможность автоматизации процесса проектирования приборов на их основе, аппаратного резервирования модификации реализуемых функций в большом диапазоне с минимальными затратами.

Область применения – от простейших программируемых комбинационных устройств  до специализированных контроллеров.

Принцип необратимого изменения связей в интегральных микросхемах электрическим способом был впервые реализован фирмой Radiation (США) в 1996 г. в запоминающей матрице постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). В  1970 г. фирма Harris conductor (США) выпустила первое законченное программируемое ПЗУ (ППЗУ) емкостью 512 бит, а с 1972 г. началось массовое производство аналогичных ППЗУ многими ведущими фирмами. С 1976 г. развивается новый тип устройств с изменяемыми связями - БИС произвольной логики: программируемые логические матрицы, мультиплексоры т.п., однако ППЗУ до сих пор остаются наиболее массовыми устройствами этого вида.

Программируемые ПЗУ являются результатом усовершенствования классической схемы полупроводникового ПЗУ с масочным программированием. Простейшее ПЗУ содержит запоминающую матрицу, состоящую из шин строк  и столбцов, дешифраторы адреса строк  и столбцов и усилители считывания.

Тема данного  курсового проекта заключается  в изготовлении печатной платы программатора  микросхем ПЗУ, который позволяет  программировать широкий класс  микросхем.

Объект и предмет исследования. Объект исследования – универсальный программатор. Предметом исследования является анализ схемы и технические характеристики  универсального программатора.

 

 

Цели:

Познакомиться с универсальным  программатором, смоделировать его  схему в программе Electronics Workbench и рассчитать тепловой режим этого устройства для того чтобы определить требуемый расход воздуха в канале.

Задачи:

• Проанализировать назначения и область применения электронного устройства
• Смоделированна модель программатора ВМ9215
• Произведен расчет теплового режима
 

• 1.Основная часть.

1.2.Теоретические основы электронного устройства.

Программатор - это программно-аппаратное устройство, предназначенное для записи информации в постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). Помимо записи, программатор должен обеспечивать возможность считывания информации из ПЗУ микросхемы. Наряду с основными режимами записи и чтения, многие микросхемы имеют ряд дополнительных режимов: стирание, защита от чтения, защита от программирования и т.п. Принято считать, что программатор поддерживает микросхему, если он: 
- Обеспечивает работу с микросхемой во всех режимах, предусмотренных разработчиком данной микросхемы; 
- Все алгоритмы реализованы в строгом соответствии с требованиями спецификации на данную микросхему. 

Для выполнения своих функций, программатор, как минимум должен содержать: 
- колодку, в которую можно вставить выбранную микросхему. Колодка должна обеспечивать электрический контакт с выводами микросхемы; 
- интерфейс, позволяющий осуществлять ввод/вывод записываемой и считываемой информации; 
- программно-аппаратные драйвера, способные формировать и считывать логические уровни и сложные тактовые сигналы.

Программаторы можно классифицировать по:

 

По типу микросхем:

* Программирующие микросхемы ПЗУ  (ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием,  ППЗУ, флэш-память).

* Программирующие внутреннюю память микроконтроллеров.

* Программирующие ПЛИС.

Универсальные программаторы могут  поддерживать все вышеперечисленные  типы.

 

По подключению  микросхемы:

* Параллельный.

* Внутрисхемный.

Параллельные  программаторы содержат разъём, в  который и вставляется программируемая  микросхема. Внутрисхемные пригодны только для тех микросхем, в которых поддерживается внутрисхемное программирование, но позволяют прошивать микросхему, не вынимая её из устройства.

При покупке  параллельного программатора стоит  обратить внимание на качество разъёма, в который устанавливается микросхема. Обычный одноразовый разъём долго  не прослужит; программатор должен иметь  цанговые разъёмы — а ещё лучше ZIF. В дорогих программаторах есть несколько разъёмов — под разные виды корпусов.

 

По  подключению к компьютеру

Первые программаторы  были автономными — для набора прошивки имелась клавиатура или  коммутационная панель. С распространением ПК такие программаторы были полностью  вытеснены подключаемыми к компьютеру — специальная программа (которая  также называется программатором) передаёт прошивку с компьютера, а программатору  остаётся только записать её в память микросхемы.

Для подключения  программаторов могут применяться:

* Последовательный порт.

* Параллельный порт.

* Специализированная интерфейсная  плата (ISA или PCI).

* USB.

Стоит заметить, что в самых простых параллельных и последовательных программаторах управляющему ПО приходится напрямую управлять логическим уровнем на выводах порта (на жаргоне электронщиков «дрыгоножество» или bitbang). Такое прямое управление в Windows NT запрещено, это обходится установкой специализированного драйвера; через адаптеры USB>COM bitbang-программаторы работают крайне медленно (единицы-десятки байт в секунду). Микроконтроллерные программаторы полностью поддерживают протокол COM- или LPT-порта и поэтому свободны от этих недостатков.

Специализированные  платы изредка применялись до появления USB, так как позволяли  достичь максимальных скоростей  обмена данными. Впрочем, одновременно они делали программатор стационарным.

Современные программаторы подключаются через USB (лишь простые дешёвые конструкции  используют COM- или LPT-порты).

 

По дополнительным функциям:

* Наличие программного обеспечения  под распространённые платформы  (обычно под Windows и Linux; остальные ОС среди разработчиков непопулярны).

* Проверка правильности подключения  ещё до попытки стереть микросхему.

* Проверка исправности программатора.

* JTAG-адаптеры, пригодные одновременно  как для программирования, так  и для отлаживания прошивок.

* Полевые программаторы имеют  компактные размеры и содержат  внутреннюю память для хранения  прошивки.[1] Такие программаторы  предназначены для обслуживания  техники прямо в местах её  установки (подчас труднодоступных).

* Встроенный HEX-редактор, позволяющий откорректировать записанную в микросхеме информацию.

* Возможность самостоятельного  обновления прошивки самого? программатора.

* Возможность одним нажатием  кнопки выполнить некоторую последовательность  действий — например, стереть,  проконтролировать стёртость, записать, проверить правильность записи  и установить конфигурационные  биты (так называемое автоматическое  программирование).

 В программаторах для массового  программирования может применяться  скриптовый язык, на котором можно  реализовать, например, автоинкремент серийных номеров — таким образом, каждая микросхема будет иметь уникальный номер.

 

Программаторы — проблемы выбора:

Прочитав  название статьи каких-нибудь 10-15 лет  назад, мы бы очень удивились: нам  бы ваши проблемы. Работая на «ящиках», мы и понятия не имели, что в  этом вопросе бывает какая-то неопределенность. Перечень разрешенных к применению микросхем был настолько «широк», что приходилось выбирать практически  из одной позиции, да и вопрос с  программаторами обстоял элементарно  просто: тебе нужен программатор —  сделай его сам. Каждая лаборатория  с гордостью делала свой, самый  лучший и надежный программатор. Каких устройств там только не было: начиная от простых, но очень надежных изделий на тумблерах, до очень сложных, занимавших половину рабочего стола и иногда работавших мощных программаторов. Их разработчики с любовью программировали каждый бит тех сложных устройств (благо устройства эти не были обременены большим количеством информации). Обычно пользоваться таким программатором мог только человек, давший ему жизнь, а весь процесс программирования со стороны воспринимался, как шаманский танец с бубном. Теперь мы, к великому сожалению, лишены всей прелести тех лет.

С падением железного занавеса выяснилось, что  перечень программируемых интегральных схем в мире просто гигантский —  это микросхемы памяти как с параллельным, так и с последовательным доступом информации (EPROM, EEPROM, FLASH); микроконтроллеры с внутренней памятью команд и данных; микросхемы программируемой логики (PLD). Причем, перечень таких изделий с каждым годом стремительно растет, имея тенденцию к усложнению изделий и к увеличению их гибкости. С другой стороны, как ответ на потребность использования этих микросхем, рынок наполняется большим количеством программаторов. Как не ошибиться и сделать правильный выбор при приобретении программатора? В этой статье мы попытаемся дать представление об устройстве программаторов и ответить на этот вопрос.

Рассмотрим  классификацию программаторов по функциональным возможностям. Условно их можно подразделить на такие группы:

* программаторы, программирующие  микросхемы памяти (EPROM, EEPROM, FLASH);

* программаторы, программирующие  микросхемы памяти (EPROM, EEPROM, FLASH) и  внутреннюю память микроконтроллеров;

* программаторы, программирующие  микросхемы памяти (EPROM, EEPROM, FLASH), внутреннюю  память микроконтроллеров, микросхемы  программируемой логики (PLD);

* универсальные программаторы-тестеры.

Данную классификацию  можно считать достаточно условной, жестких границ между программаторами  разных групп не существует. Программаторы  первой и второй групп наиболее простые  и дешевые устройства. Программаторы  третьей группы, обычно, аппаратно  значительно более сложны и стоимость  их, соответственно, более высокая. Это объясняется, в частности, особенностью работы с устройствами программируемой  логики. Микросхемы программируемой  логики вообще стоят несколько обособленно  в ряду программируемых устройств. Если информацию по программированию микросхем памяти и внутренней памяти микроконтроллеров фирмы-производители микросхем, как правило, не скрывают и публикуют в своих каталогах, то информацию по программированию микросхем PLD можно получить только после заключения соответствующего соглашения с фирмой-производителем микросхем. Причем, некоторые производители PLD не стремятся увеличить число фирм-производителей программаторов, поддерживающих их устройства, главное для них — качество программирования и строгое следование предписанным процедурам программирования.

 

Программное обеспечение  программатора

Дадим общее  представление о возможных способах реализации программного обеспечения (ПО) программатора. Первое, на что нужно обратить внимание, — это под управлением какой операционной системы работает программатор. Большинство программного обеспечения программаторов реализовано под управлением DOS и не предъявляет к компьютеру специфических требований. Обычно, это программы, разработанные довольно давно. В последние несколько лет стали появляться программаторы, работающие под управлением операционной системы Windows. Это современные продукты, которые, как правило, выглядят гораздо элегантнее, имеют более дружественный интерфейс и обладают большим числом сервисных возможностей.

Рассмотрим  архитектуру программного обеспечения  программаторов. Наиболее распространенной является архитектура, в которой  в качестве ядра программатора выступает  промежуточный буфер данных. Все  операции в программаторе выполняются  с этим буфером. Для программирования микросхемы необходимо загрузить файл в буфер, запрограммировать данные из буфера в микросхему, сравнить содержимое микросхемы и буфера. При чтении данные из микросхемы записываются в  буфер. Размер промежуточного буфера данных, обычно, коррелирован с размером текущего типа микросхемы. Многолетний опыт разработки и производства программаторов позволил выработать концепцию оригинальной многобуферной архитектуры ПО программаторов с неограниченным количеством буферов. Такая архитектура позволяет работать с неограниченным количеством независимых наборов данных, проводить их анализ и редактирование. Например, Вы можете воспользоваться двумя буферами для считывания в них двух разных микросхем, проведения анализа этих наборов данных и, на их базе, создания нового массива данных в третьем буфере для последующего программирования его в микросхемы памяти или сохранения на диске.

Стандартным набором функций программаторов обычно являются следующие функции: чтение, запись, сравнение, контроль на чистоту, стирание (только для электрически перепрограммируемых устройств) микросхем. Некоторые программаторы имеют  функцию автоматического программирования. Эта функция позволяет осуществить  часто используемую комбинацию действий для конкретного типа микросхемы. Обычно, такая комбинация состоит  из такого набора: стереть микросхему, проконтролировать стертость, запрограммировать, сравнить запрограммированные данные с оригиналом, установить защиту. Удобство этой функции заключается в том, что весь «джентльменский» набор  активизируется одним нажатием.

Отдельно  остановимся на редакторских функциях программаторов. Наиболее распространенным перечнем редакторских функций являются: редактирование данных в шестнадцатеричном  формате, возможность заполнения буфера данных константой и подсчет контрольной  суммы. Этого простого набора редакторских функций вполне достаточно для простых  приложений. Для профессионального  использования программаторов необходимы расширенные возможности редактирования. К ним можно отнести:

* возможность редактирования данных  не только в шестнадцатеричном  формате, но и в двоичном, восьмеричном  и десятичном представлении;

* заполнение массива строкой  данных;

* поиск и замена строки данных;

* инвертирование данных;

* копирование массива данных  как внутри одного буфера, так  и между разными буферами;

* подсчет контрольной суммы;

* конвертирование шин адреса  и данных.

Еще одна особенность ПО программаторов, на которой стоит остановится отдельно, — это пакетный режим работы. Очень в немногих программаторах такой режим реализован. А преимущество такого режима просто очевидно — это автоматизация работы. Использую пакетный режим работы, можно создавать сценарии работы с программатором, автоматизируя всю рутинную работу. Наиболее интересны устройства, где пакетный режим работы практически не имеет ограничений, в нем доступны все ресурсы программатора. В пакетном режиме можно загружать файлы, запускать программирование, манипулировать параметрами программирования, окнами на экране, выводить графические данные и т. д., и т. п. В качестве иллюстрации использования пакетного режима работы программатора можно привести задачу программирования партии микросхем, в каждой из которых должен быть запрограммирован серийный номер. На специальном языке создается сценарий работы программатора, который заключается в следующем: оператор указывает начальное значение серийного номера партии микросхем и запускает процедуру программирования, программатор программирует микросхему с текущим серийным номером и вычисляет серийный номер следующей микросхемы, помещая его в соответствующий раздел памяти, далее процедура циклически повторяется. В приведенном примере пакетный режим работы значительно облегчает работу оператора и исключает свойственные оператору ошибки.

1.2 Практическая часть

1.2.1 Принципиальная схема электронного  устройства

Описание работы 
Через разъем ХР1 устройство подключается к COM-порту компьютера. 
К разъему ХР2 подключается внешний источник питания. Это бывает необходимым при программировании некоторых типов ИМС, когда тока отдаваемого COM-портом становится недостаточно. 
К разъему ХР3 подключается 10-ти контактный шлейф для соединения ББ с платами-адаптерами  
Съемной перемычкой JMP1 выбирается подключение источника питания к ББ. При положении перемычки 1-2 выбирается внешний источник питания, а при положении 2-3 устройство питается от СОМ-порта компьютера. 

Рисунок 1.1Схема электрическая принципиальная программатор ВМ9215

 

1.2.2 Расчет конструкции электронного  устройства

 

Транзистор КТ202А

мм

мм

мм

мм

мм

 

Диод Д2

мм

мм

мм

мм

 

Резистор КЭВ-10

мм

мм

мм

мм

 

Конденсатор К104-5

мм

мм

мм

мм

 

Стабилизатор напряжения ЛМ7805с

мм

мм

мм

мм

мм

 

Тиристор КУ120-5

мм

мм

мм

мм

мм

 

Общая площадь

м²

м²

м³

м³

 

Определить допустимый перегрев между  корпусом ИС и и окружающим его воздухом

к

к

к

 

Вычислить значение коэффициента теплообмена  конвекции

Вт

Вт/(К*м²)

 

Найти эффективную ширину канала

м

м

м

м

 

Определить среднее значение критерия Нуссельта

Вт/(Мк)

 

Посчитать высоту канала

м

м

 

Посчитать критерии Нуссельта

 

Вычислить значение критерия Рейнольдса

 

Определить скорость движения воздуха  в канале

м²/с

 

 

Найти живое сечение канала

м²

 

Суммарный требуемый расход воздуха, число каналов

м³/ч

 

1.2. 3 Компьютерное моделирование электронного устройства

Рисунок 1.2. Схема электрическая принципиальная собранная в Electroniks Wordbench программатора ВМ 9215

 

Рисунок 1.3. форма сигнала поданного с цифрового генератора на вход схемы

Рисунок 1.4 форма сигнала полученного на цифровом анализаторе

 

Заключение

 

В данной курсовой проэкте было смоделированна модель программатора ВМ9215, произведен расчет теплового режима. В обзорной части были проанализированы назначения и область применения электронного устройства. В практической части курсового проэкта приведена принципиальная схема программаиора ВМ9215. При работе с курсовым проэктом мне понадобилось  знание полученные раньше, такие как

- знание  элементной базы полученные на  предмете «Электронная техника»

- умение  производить расчет теплового  режима конструкции, полученный  на предмете «Конструирование, производство  и эксплуатация СВТ»

- знание  и навыки работы в Electronic Workbench полученные на предмете «Электронная техника».

С прибором программатор был ознакомлен и 

 

Список используемой литературы

 

1. Точчи, Рональд, Дж., Уидмер, Нил, С. Цифровые системы. Теория и практика, 8-е издание. : Пер. с англ. — М. : Издательский дом "Вильяме", 2004. — 1024 с. : ил.

2. Новиков Ю. В. Основы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. Методы про-ектирования. -М.: Мир, 2001. -379с., ил. – Современная схемотехника.

3. Хвощ С.Т. Микропроцессоры и микро-ЭВМ в системах автоматического управления.

4. Каган Б.М., Сташин В.В. Основы проектирования микропроцессорных устройств автома-тики. – 2003 г.

5. Б. А. Калабеков «Цифровые устройства и микропроцессорные системы». – 2002 г.

6.А.И. Аксеонов  А В Нефедов отечественные полупроводниковые приборы.Справочное пособие -2002 г.

7. А.И. Аксеонов  А В Нефедов  Резисторы онденсаторы провода,припои,флюсы.Справочное пособие. – 2004 г. 

Спецификация

 

№ n/n	Наименование	Обозначение	Номинал		Количество
			расчетные	стандартные
1	Транзистор	VT		КТ202А	1
2	Диод	VD1, VD2,VD3		Д-2	3
3	Резистор	R		КЭВ-10	1
4	Конденсатор	C		К104-5	1
5	Стабилизатор напряжения	DA		ЛМ 7805с	1
6	Тиристор	VD4,VD 5 VD,6		КУ120-5	3

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

3

КРВМ.1111С14.005.ПЗ

 

 Разраб.

Козлов 

 Пров.

Гладкова Ю.В.

 Реценз.

 

 Н. Контр.

 

 Утв.

 

Модель  универсального программатора

Лит.

Листов

 

Изм.

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

 

КРВМ.1111С14.005.ПЗ