USB通用编程器制造技术

一种USB通用编程器，是用于向芯片内部写入程序或数据的一种电子工具。本实用新型专利技术采用具有USB2.0接口的ARM芯片与计算机通信，相对于以前的打印口、RS232串口通信速率有大幅提高。内部核心电路采用ARM芯片和FPGA芯片来进行数据交换和传输，ARM控制电路通过向FPGA写入不同的配置文件来控制每一路IO接口电路，每一路IO电路都能独立的提供芯片电源电压，芯片电源地，编程电压，独立的数据输入输出端口，可以实现对各类型芯片进行快速编程。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是集成电路
中高速程序写入器，确切的说，是一种依靠与计算机系统连接实现对各种芯片进行高速编程的USB通用编程器。
技术介绍
现代工业离不开集成电路(简称IC)，IC中的相当一部分通用性强，在计算机应用开发中，针对特殊要求进行编程就能胜任不同的工作，因此产生了编程器。现有技术中实现对芯片编程的工具有专用编程器，这类编程器成本很低，可以为用户节省一定的资金，缺点是只能对某公司某种类型的芯片进行编程，用户如果写不同公司的芯片或者不同类型的芯片都需要重新购置编程器，这类编程器通用性差给用户使用带来诸多不便。另外一种是依赖计算机系统的并口编程器，可以实现对不同公司不同类型不同型号的芯片进行编程，缺点是并口传输速度慢，编写大容量芯片如海量存储器时要用很长时间，在生产过程中造成时间成本增加。另外就是最近几年兴起的USB编程器，采用USB1. 1接口传输数据，比并口传输速率快，因大多能编写不同公司不同类型的编程器而逐渐流行。现在我们提出一种新型USB通用编程器，它采用具有USB2. 0接口的ARM芯片实现与计算机高速连接，速度比USB1. 1更快。通过单片机控制FPGA的IO接口扩展电路，使每一路IO电路都能独立的提供芯片电源电压，芯片电源地，编程电压，独立的数据输入输出端口，因而可以真正实现对不同公司不同类型不同型号的芯片进行编程，通用性更强。衡量一个编程器的好坏，有二个重要的特征指标。其一是编程速度。编程速度越快，效率越高。 其二是可靠性和通用性。被编程芯片的电性能和管脚功能各不相同，编程器应尽可能地适应各种芯片的编程要求。此编程器就是在此基础上研制而成。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种速度更快，可靠性高和通用性好，操作简单的USB 通用编程器。为实现上述目的，本技术采用了区别于现有技术的设计构思，即采用具有 USB2.0高速接口的ARM(STR71X系列)芯片作为本设计的主控芯片，ARM控制电路通过向 FPGA(Spartan -3E系列)芯片写入不同的配置文件来指定编程过程中FPGA各IO 口的功能和状态，FPGA的IO 口通过接口电路连接芯片管脚，根据支持软件的命令把要编写的文件写到被编程芯片中。本技术由+9V外接直流电源供电，电路包括USB2. 0接口电路，ARM 控制电路，电源产生电路，FPGA芯片IO接口扩展电路，数据存储电路，D/A转换电路，过压保护电路，过流保护电路，升压电路，编程电压和芯片电源电压产生电路，被编程芯片编程电压驱动电路、电源电压驱动电路、接地电路驱动电路，编程成功或失败指示电路，接口电路连接而成。+9V外接直流电源通过内部电源产生电路产生各种电压，供编程器内部各电路工作。USB2.0接口电路连接ARM芯片和计算机的USB 口进行高速指令和数据的传输；ARM芯片还外接了数据存储电路，由ARM控制将要写入的文件由计算机通过USB2.0接口向数据存储芯片进行数据的存储，编程的时候ARM芯片直接从数据存储芯片读取数据写入芯片，提高了编程效率；ARM控制电路通过向FPGA芯片写入不同的配置文件来指定编程过程中FPGA 各IO 口的功能和状态，ARM芯片控制被编程芯片编程电压驱动电路、电源电压驱动电路、接地电路驱动电路，根据不同编程芯片的需要在48路接口电路的任一路都能独立的提供芯片电源电压驱动，芯片电源地驱动，编程电压驱动，独立的数据输入输出端口，通过接口电路连接被编程芯片，因而可以对各种不同类型不同型号的芯片进行编程，实现真正的通用； ARM芯片通过控制升压电路产生高压，控制D/A转换电路把ARM芯片输出的串行数据信号转换成四路模拟电压，其中三路连接编程电压和芯片电源电压产生电路，用于产生编程芯片时所需的编程电压VPPO和电源电压VCC0。另外一路模拟电压用于过压保护电路的保护电压基准电压值的控制，通过控制基准电压值使在编程低压芯片时确保被编程芯片IO 口的电压低于其电源电压，并把FPGA接口电压稳定在一个相对较低的电压，用于保护FPGA接口不被编程电压损坏。本技术电路还包括过流保护电路，过流保护电路中的电流感应放大器从芯片编程电压电路和芯片电源电压电路中提取采样信号，并输出电压放大信号到电压比较器的反向端，同向端接入一个1. 2V基准电压，当某一路电流太大时，电流感应放大器提取采样信号后输出的放大电压信号会超过预设基准电压值1. 2V，比较器会输出一个低电平过流信号，该低电平信号输入到FPGA芯片，FPGA芯片产生一个锁存信号去关闭输出电路的芯片电源电压或芯片编程电压。附图说明本技术有如下附图，通过对附图的详细描述，可进一步理解本技术的技术特征。图1为编程器的整体框图。图2为直流+9V转+5V (VCC)电路。图3为VCC经过U16 (LMl 117-3. 3V)转换成VCC3 (3. 3V)电压，供编程器内部各电路工作。图4为VCC经过U17 (LMl 117-2. 5V)转换成2. 5V电压，供编程器内部各电路工作。图5为VCC经过U18(LM1117-ADJ(1. 2V))转换成1. 2V电压，供编程器内部各电路工作。图6为过压保护电路。图7为编程电压升压电路。图8为编程电压VPP-I产生电路。图9为编程芯片电源电压VCC-I产生电路。图10为过流保护电路。图11为D/A转换电路。图12为USB接口电路。图13为编程成功失败指示电路。图14为多路IO端口中的一路。 的一路。图15为芯片编程电压驱动电路，是给每一路编程IO接口提供编程电压(VPPO)中图16为芯片电源电压驱动电路，是给每一路编程IO接口提供编程芯片电源电压 (VCCO)中的一路。图17为芯片GND驱动电路，是给每一路编程IO接口提供地(GND)中的一路。图18为编程器与被编程芯片的IO接口电路。具体实施方式图1为编程器的总体框图，是编程器各部分功能电路的连接图。本编程器给芯片编程的过程是这样的用USB线连接电脑和编程器等待通信正常，运行编程器配套的WELLON软件，选择完要编程的芯片调入编译好的文件，把芯片放在锁紧座底对齐的位置，点击自动编程按钮即可。本编程器在静态时的工作状态是这样的联机时，+9V转VCC(+5V)电路工作，并由 VCC产生稳定的3. 3V，2. 5V，1. 2V。3. 3V供ARM电路工作，2. 5V，1. 2V供FPGA电路工作。供电后ARM(STR71X系列)芯片开始复位并正常工作，向FPGA(SpartanTM-3E系列)写入初始配置文件，ARM的USB2. 0接口与计算机通信，此时ARM给到D/A转换电路U23 (TLV5620)的数字信号经U23转换后在DACA，DACB, DACC, DA⑶输出模拟电压，使过压保护电路中PROTECT 稳定在2. 4V，芯片编程电压、芯片电源电压在5V左右。IO端口稳定在较低的电压。ARM输出PROT高电平，因而升压电路处于非工作状态，VOUTl输出约8. 8V电压。此时，所有控制接口电路的电路将VCCO，VPPO, GND都处于关闭状态。由于接口电路没有加负载，没有大电流，因而过流保护电路处于空闲状态。此时选择编程芯片型号后，单片机会与电脑通信，并自动将相应的配置文件写入到FPGA中，算法本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＵＳＢ通用编程器，它采用外接直流电源供电，包括ＵＳＢ２．０接口电路，ＡＲＭ控制电路，电源产生电路，ＦＰＧＡ芯片ＩＯ接口扩展电路，数据存储电路，Ｄ／Ａ转换电路，过压保护电路，过流保护电路，升压电路、编程电压和芯片电源电压产生电路，被编程芯片编程电压驱动电路、电源电压驱动电路、接地电路驱动电路，编程成功或失败指示电路，接口电路连接而成，其特征在于：（１）．采用ＳＴＲ７１ｘ系列ＡＲＭ芯片，通过ＡＲＭ的ＵＳＢ２．０接口与计算机通信；（２）．采用ＳｐａｒｔａｎＴＭ－３Ｅ系列ＦＰＧＡ芯片ＩＯ接口扩展电路，控制编程过程中各ＩＯ接口的功能和状态；（３）．采用与ＡＲＭ连接的数据存储电路用于存储数据；（４）．有编程电压升压电路；（５）．Ｄ／Ａ转换电路把ＡＲＭ芯片输出的数据信号转换成四路模拟电压，其中三路连接编程电压和芯片电源电压产生电路，另外一路模拟电压用于过压保护电路的保护电压基准电压值的控制；（６）．有过流保护电路；（７）．有被编程芯片编程电压驱动电路、电源电压驱动电路、接地电路驱动电路；（８）．有与被编程芯片的接口电路，被编程芯片通过此接口接入电路。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫磊，
申请(专利权)人：天津威磊电子技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：12