2.3 Аппаратное устройство программаторов

В первую очередь коснемся той детали программатора, с которой приходится взаимодействовать больше всего - это колодка, куда помещается программируемая микросхема. Эта одна из самых важных деталей программатора, от качества и надежности которой зависит способность программатора выполнять свои функции. Любой программатор вне зависимости от его сложности, стоимости и функциональных возможностей обязательно должен быть снабжен специальной тестовой колодкой, обеспечивающей многократный надежный контакт с программируемой микросхемой. Фирмы, выпускающие такие сокеты, гарантируют надежный контакт при десятках тысячей операций установки в нее микросхем. Наиболее удобными для пользователя являются специальные сокеты с нулевым усилием (ZIF socket). Если программатор не снабжен специальными тестовыми сокетами, предназначенными для многократных установок микросхем, а вместо них стоят дешевые одноразовые колодки, то считайте, что Вы просто зря потратили свои деньги. Вы быстро сможете в этом убедиться, когда безвозвратно испортите микросхемы с однократным программированием из-за отсутствия контакта в колодке. В недорогих программаторах обычно устанавливаются универсальные (рассчитанные как на узкий, так и на широкий тип корпуса) ZIF DIP сокетки. В более дорогих образцах программаторов могут устанавливаться одновременно несколько видов ZIF сокеток, рассчитанных на разные типы корпусов микросхем (LCC, QFP и т. д.). Иногда программаторы снабжаются универсальными сменными головками под различные типы корпусов. Для программирования микросхем с корпусами, отличными от DIP и с большим числом выводов, программаторы снабжаются специальными адаптерами под соответствующий тип корпуса. В связи с тем, что на этих адаптерах также должны устанавливаться высоконадежные тестовые сокетки, стоимость таких адаптеров может оказаться довольно существенной.

Заглянем внутрь программаторов и в общих чертах попытаемся понять, чем же они отличаются друг от друга. Принципиально существует две концепции построения программаторов. Первая, и наиболее очевидная, заключается в построении программаторов на базе массива универсальных аппаратных драйверов. Универсальные драйверы подводятся к выводам тестовой сокетки и должны удовлетворять ряду специфических аппаратных требований по программированию микросхем. В перечень таких требований входят: способность подавать и считывать логические уровни, способность подавать сложные тактовые последовательности, способность подводить напряжение в диапазоне 0…27 В с точностью 0.1 В. Удовлетворение всем этим требованиям приводит к колоссальным аппаратным затратам и избыточности всего устройства в целом. Количество драйверов универсального программатора должно соответствовать количеству выводов тестовой сокетки, например, 40 драйверов для сокетки DIP-40, или 84 драйвера для сокетки LCC-84. В результате, устройство становится очень сложным и дорогостоящим, но при этом абсолютно универсальным. Имея 40 универсальных драйверов и универсальную тестовую сокетку DIP-40 можно с уверенностью сказать, что удастся поддержать все существующие, а также любые новые, микросхемы в корпусе DIP (с числом выводов до 40) без дополнительных адаптеров. Именно по такой схеме строятся дорогие универсальные программаторы.

Вторая концепция заключается в том, что аппаратура программатора оптимизируется под предполагаемый перечень поддерживаемых микросхем. Программаторы этого класса, как правило, значительно дешевле универсальных программаторов, но такие изделия в известной степени теряют универсальные свойства. Добавление новых типов поддерживаемых программатором микросхем может быть сопряжено со значительными трудностями, а часто и с невозможностью расширения списка программируемых устройств.

Использую многолетний опыт разработки и производства программаторов, нами разработана и внедрена компромиссная концепция построения программаторов - универсальный драйвер разбивается на два функциональных блока: универсальный логический драйвер и устройство коммутации «высокого» напряжения. Такая архитектура программатора позволила в значительной степени сохранить преимущества универсального драйвера и существенно сократить аппаратные затраты и, как следствие, уменьшить себестоимость и цену конечных изделий.

Рассмотрим способ подключения программаторов к компьютеру. Наиболее распространенными способами подключения являются:

- подключение к параллельному порту;

- подключение к последовательному порту;

- установка специальной платы в компьютер.

Каждый из этих способов имеет свои преимущества и недостатки. Использование специальных плат, устанавливаемых в компьютер, значительно упрощает схемотехнику программатора. В этом случае, как правило, удается отказаться от специального, довольно мощного источника питания, воспользовавшись источником питания компьютера, а также использовать центральный процессор компьютера в качестве управляющего процессора программатора. При способе подключения программатора к компьютеру посредством встраиваемых в компьютер плат удается достигнуть довольно значительных скоростей обмена между компьютером и программатором за счет непосредственного управления последним. Но такая реализация программатора имеет и существенные недостатки. Во-первых, значительно снижается мобильность программатора, то есть возможность использования одного программатора на разных компьютерах (например, в приделах одной лаборатории), во-вторых, использование таких устройств с портативными компьютерами notebook сопряжено с необходимостью использования специальных карт сопряжения.

Другой вариант сопряжения программатора с компьютером - последовательный канал компьютера. Это вполне допустимый вариант сопряжения, допускающий работу программатора с компьютерами всех типов. К существенным недостаткам такого варианта сопряжения можно отнести невысокую пропускную способность канала. Максимальная скорость последовательного канала RS-232 ограничена значением 115 кБод, что существенно ограничивает обмен между компьютером и программатором, и, следовательно, снижает производительность последнего.

Подключение программатора к параллельному порту компьютера нам видится наиболее предпочтительным вариантом. Этот способ сочетает в себе достаточно высокую пропускную способность канала и не требует серьезных аппаратных затрат. При использование этого способа удается воспользоваться центральным процессором компьютера в качестве управляющего процессора программатора.

Теперь обратим внимание на ряд «второстепенных мелочей», которые при активной работе с программатором могут либо серьезно попортить вам жизнь, либо, при удачной реализации, значительно облегчат вашу работу. К таким «мелочам» мы бы отнесли способ обновления версий программатора, способность программатора определять правильность установки микросхемы в колодке и проведение процедуры самотестирования при включении питания.

Способ обновления версии - это довольно существенный вопрос эксплуатации программаторов. Необходимость обновления версии может возникнуть по ряду причин, во-первых, при выявлении ошибки работы программатора, либо при расширении списка поддерживаемых программатором микросхем. Способ обновления версии программатора зависит от его аппаратного устройства. В одних изделиях алгоритмы программирования жестко «зашиты» в аппаратуру, в других - они являются загружаемыми. В первом случае для модификации версии требуется модификация самого устройства программатора (например, перепрограммирование ПЗУ самого программатора), а это сопряжено с рядом дополнительных неудобств по доставке изделия производителю или в региональный сервисный центр. Другое дело, если обновление версии осуществляется только обновлением программного обеспечения программатора. Именно по такой схеме построены программаторы с загружаемыми алгоритмами программирования. В таких программаторах обновляется только программное обеспечение и работаете уже с новой версией. Второй способ видится нам наиболее удобным в эксплуатации, и именно по такой схеме строится обновление версий всех выпускаемых фирмой «Фитон» программаторов.

Теперь обратим внимание на такую «мелочь», как способность программатора определять правильность установки микросхемы в тестовую колодку. При кажущейся незначительности этой опции, мы начинаем понимать всю ее важность только после выхода из строя микросхемы при неверной установки ее в колодку. И винить в этом случае некого - сами виноваты. Именно для предотвращения таких ситуаций и служит эта опция. Здесь необходимо указать, что полноценная реализация такой возможности требует от разработчика больших усилий и, порой, изобретательности. Дело в том, что необходимо протестировать микросхему в колодке в самом щадящем для нее режиме, при этом ни в коем случае не допуская выхода микросхемы из строя.