Программатор микросхем и микроконтроллеров Phyton

УДК 621.243

Программатор микросхем и микроконтроллеров Phyton

Иванов Д.Г.

Научный руководитель – Михальцевич Г.А.

В настоящее время получили большое распространения различные электронные устройства, в том числе и сложная научная аппаратура с использованием программируемых микроконтроллеров. Микроконтроллеры нужны для создания различных характеристик выходного сигнала в зависимости от времени и условий входного сигнала.

Микроконтроллеры выпускаются различными фирмами. Одной из самых крупных компаний создающих подобные микросхемы является STMicroelectronics. И один из самых распространённых её продуктов – микроконтроллер M27C4001. Где M27 – серия микросхемы. С4 обозначает ёмкость записываемой памяти (4 мегабайта). Она имеет стандартный DIP корпус, и её вид представлен на рисунке 1.

Рисунок 1. Микроконтроллер M27C4001

Основным преимуществом является её сравнительно невысокая цена по сравнению с другими микроконтроллерами подобного типа (3…4 $ за единицу) и высокая распространённость.

Программирование микросхемы осуществляется с помощью специального оборудования – программатора, изображенного на рисунке 2.

Одним из широко распространенных  программаторов является программатор Phyton ChipProg-2. Данный программатор был создан российскими специалистами и имеет высокую

Рисунок 2. Программатор Phyton ChipProg-2

скорость программирования, большой набор реализованных функций (автоматическое программирование, поточное программирование по созданным сценариям и т.д.) и собирается на зарубежных элементах.

Как видно на рисунке 2 микросхема имеет специальное окно сверху. Данное окно предназначено для стирания микросхемы в случае, если программную прошивку нужно поменять. Осуществляется это посредством специального оборудования EEPROM ERASER, которое представляет собой ультрафиолетовую лампу высокой яркости с таймером. Микросхема помещается в Eraser и заводится таймер. Облучаемый чип через непродолжительное время (обычно 15 минут) обнуляется (содержимое всех ячеек после стирания имеет значение 1 в бинарном представлении, а не 0, как возможно предположить). После этого можно записать новую прошивку.

Запускается программное обеспечение (ПО) программатора с помощью компьютера. Открытое окно компьютера для прошивки микроконтроллера имеет вид представленный на рисунке 3.

Микросхема должна быть при запуске вынута из колодки во избежание необратимых последствий для неё. Затем можно поместить микросхему в колодку программатора и зафиксировать. Далее необходимо выбрать файл прошивки, установить напряжение питания микроконтроллера, напряжение питания при программировании, напряжение программирования, и начать непосредственно программирование. При автоматическом программировании, в отличие от ручного программирования, ПО самостоятельно проверяет качество готовности микросхемы, программирует её и проверяет качество записи прошивки на микросхеме. Затем микросхему можно извлечь из колодки. Окошко стирания следует заклеить непропускающей свет липкой лентой, чтобы избежать случайного стирания микросхемы и после этого микроконтроллер готов для установки в оборудование.

Следует отметить, что неправильная установка (не по ключу) микроконтроллера в оборудование практически всегда уничтожает программируемый микрочип.

Микроконтроллеры применяются в различных типах оборудования, например, таких как приёмники монет или купюр кофейных, продуктовых автоматов и платёжных терминалов, где требуется распознавание денежных знаков по специальным признакам (метки денежных знаков заносятся в микроконтроллер), в октан-корректорах блоков зажигания бензиновой смеси в двигателях автомобилей (корректировка угла опережения зажигания нужна для более эффективного использования бензина в процессе разгона автомобиля и при замене одного типа

Рисунок 3

бензина на другой тип), в игровых автоматах – для сохранения настроек их программ работы, в медицинской аппаратуре – тонометрах, измерителях сахара в крови, для получения различных световых иллюминаций и в другой аппаратуре.

Программатор микросхем FLASH-памяти — RadioRadar

Метод программирования микросхем FLASH-памяти, описанный в [1] и [2] («горячая» замена микросхемы ПЗУ, хранящей коды BIOS, на материнской плате компьютера микросхемой, которую требуется программировать), имеет очевидный недостаток — большую вероятность повреждения как программируемой микросхемы, так и микросхемы, содержащей BIOS, и даже самой материнской платы. Предлагаю модификацию этого метода, не требующего «горячей» замены микросхем.
Суть его состоит в том, что микросхемы памяти допускают параллельное соединение всех выводов, кроме входа СЕ# (Chip Enable). При высоком уровне на этом входе выходные цепи микросхемы переключаются в высокоимпеданс-ное состояние, а на входные сигналы она не реагирует. Соединив таким образом две микросхемы, можно обеспечить старт материнской платы с «родной» BIOS, а после переключиться на программируемую микросхему простой коммутацией входов СЕ#. Используя утилиты модификации BIOS, в целевую микросхему можно записать любую информацию соответствующего объема.

Рис. 1

Схема устройства приведена на рисунке. Вилку ХР1 вставляют в панель для микросхемы с BIOS материнской платы, а саму микросхему переносят в панель XS2. Панель XS1 предназначена для микросхемы, которую предстоит запрограммировать.
Во время старта материнской платы перемычка S3 должна стоять в показанном на схеме положении 1, обеспечивая чтение кода BIOS из микросхемы, находящейся в панели XS2. По завершении стартовых операций перемычку S3 переносят в положение 2, обеспечивая возможность выборки программируемой микросхемы, находящейся в панели XS1.
Перемычка S2 предназначена для подачи напряжения программирования 5 или 12 В на вывод 1 (Vpp) программируемой микросхемы. Перемычкой S1 коммутируют ее вывод 30. У двухмега-битных микросхем это адресный вход А17, и перемычка S1 должна быть установлена в положение 1. На вывод 30 микросхем серии 28Fxxx фирмы Intel необходимо подать напряжение 12 В (S1 в положении 3), а других одномега-битных микросхем РПЗУ — 5 В (S1 в положении 2).
Конденсаторы С1- С5 блокировочные. Через резисторы R1 и R2 на отключенные перемычкой S1 выводы 22 микросхем поступает напряжение высокого логического уровня, удерживая эти микросхемы в пассивном состоянии.
Материнскую плату, которой предстоит выполнять функции программатора, лучше использовать самую простую и дешевую, желательно со встроенной видеокартой (не нужно ничего вставлять в слоты расширения). Микросхема с кодами BIOS должна быть в корпусе DIP-32 и установлена в панель. Автор использовал материнскую плату P6STP-FL производства ElitGroup.

Вилка ХР1 изготовлена из обычной панели для микросхем, в гнезда которой впаяны соединительные провода, а выводы контактов вставлены в гнезда панели на материнской плате. Если эту плату не предполагается использовать по прямому назначению, можно обойтись и без вилки ХР1, просто припаяв провода к соответствующим контактам панели на материнской плате.
ПанельХ81 лучше использовать типа ZIF — с нулевым усилием установки микросхемы. Однако, учитывая высокую стоимость такой панели, можно обойтись и обычной. Во избежание быстрого износа ее контактов желательно вставить в нее еще одну такую же панель, а уже в эту панель — программируемую микросхему. Промежуточную панель заменить при необходимости намного легче, чем основную, к выводам которой припаяны провода.
Для программирования микросхем в корпусе PLCC-32 можно добавить еще одну панель соответствующего типа, подключив ее контакты параллельно контактам панели XS1 либо изготовив переходник DIP-32-PLCC-32. Это сделает возможным программирование микросхем серий 28хххх, 29хххх, ЗЭхххх и некоторых из серии 49хххх, имеющих корпус PLCC-32 и напряжение питания 5 В.
Перед изготовлением и применением этого устройства рекомендуется ознакомиться со статьей [2], где имеются ответы на многие вопросы, возникающие при программировании.

Литература:

1.  Рюмик С.    Как   запрограммировать FLASH РПЗУ. — Радио, 2005, № 7, с. 32.

2.  Севко Р.    Искусство   перепрошивки BIOS. — http://www.nowa.cc/showthread. php?t=81677.

Автор: Э. Мамедов, г. Баку, Азербайджан

Базовая информация о микросхемах памяти и программировании

Мы получаем частые запросы по микросхемам памяти и неоднократно вынуждены констатировать, что потребность в информации в этой области по-прежнему очень высока. По этой причине мы публикуем здесь базовую информацию о программировании микросхем памяти, таких как eprom/eeprom и флэш-чипы. В частности, мы обсудим различные типы микросхем памяти и сравним, что, например, серии 27C, 28C или 29F могут и не могут.

• Что такое микросхема памяти?
• Организация чипа памяти
• Чипы памяти EPROM (27 / 27C…)
• Чипы памяти EEPROM (28C…)
• FLASH EPROMS (28F…, 29C…, 29F… )
• Последовательные EEPROMS (24C…, 25C…, 93C…)
• RAM (52…, 62…)
• NVRAM (48Z…, DS12…, XS22 …)
• Микроконтроллер
• Стирание ПЗУ ультрафиолетом
• Названия микросхем памяти и как найти микросхемы для замены

Что такое микросхема памяти?

Микросхема памяти — это электронный компонент, который может хранить программу, данные или и то, и другое. В этом контексте программа представляет собой серию команд (командную строку) для микропроцессора (= вычислительного блока). Данные могут состоять, например, из значений температуры, полученных системой измерения температуры, или любых других данных.

Программа/данные хранятся в микросхеме памяти в виде последовательности чисел — нулей и единиц (=битов). Бит может быть либо нулем (0), либо единицей (1). Человеку трудно получить представление об этих Битах; поэтому они собраны в группы. Шестнадцать бит — это слово, восемь бит — это байт, а четыре бита — это полубайт.

Наиболее часто используемый термин — это байт, который содержит 8 бит и может принимать 2 в 8-й степени = 256 различных значений. Для их представления используется шестнадцатеричная система счисления. Это основано на числе 16 и использует цифры от 0 до 9 и, кроме того, от A до F. Таким образом, две цифры также могут принимать 256 значений (от 00h до FFh, где маленькая буква «h» идентифицирует только шестнадцатеричное число). Мы хотели бы направить тех, кому нужна более точная информация о системах счисления, в другие подходящие места.

Термины «кило» и «мега» в отношении байтов также были адаптированы к двоичной природе (ноль или единица) цифровых систем. Здесь кило означает 1024 (= 2 в 10-й степени), а мега означает 1024 * 1024 = 1048576. Следовательно, килобайт равен 1024 байтам, а мегабайт — 1048576 байтам.

Организация чипа памяти

Для 8-битных чипов памяти (наиболее распространенный тип) биты объединяются в байт (= 8 бит) и хранятся под «адресом». К байтам можно получить доступ по этому адресу, а затем восемь битов доступного адреса выводятся на его восемь портов данных. Например, в 8-мегабитном чипе, таком как 27c801, всего 1048576 байт (= 8388608 бит). Каждый байт имеет свой собственный адрес, пронумерованный от 00000h до FFFFFh (соответствует десятичной дроби от 0 до 1048575).

Помимо 8-битных микросхем памяти, существуют также 16-битные микросхемы памяти, последовательные 1-битные микросхемы памяти и (редко/старые) 4-битные микросхемы.

Микросхемы памяти EPROM (27 / 27C…)

EPROM расшифровывается как Erasable Programmable Read Only Memory. Что это значит в деталях?

«Стираемый» означает, что данные на нем можно удалить. С этими чипами стирание осуществляется за счет воздействия интенсивного ультрафиолетового света в области длины волны 254 нм. Подробнее о стирании памяти EROM с помощью УФ-излучения мы поговорим ниже.

«Программируемый» означает, что программа или данные могут быть запрограммированы (записаны) в этот чип. Для программирования требуется программирующее устройство, такое как Batronix Eprommer или Galep-4.

«Память только для чтения» означает, что этот тип памяти может быть считан, но не запрограммирован в целевом устройстве.

Память этого типа может быть записана (запрограммирована) программирующим устройством, а затем сохраняет свои данные до тех пор, пока их не сотрет стирающее устройство. В процессе программирования можно запрограммировать любое желаемое количество битов от одного до нуля. Eprom также можно запрограммировать повторно без стирания, пока биты изменяются только с единицы на ноль или остаются нулевыми. Чтобы изменить бит с нуля на единицу, необходимо стирание.

Поскольку окошко из кварцевого стекла, необходимое для стирания чипа УФ-излучением, составляет большую часть производственных затрат на чип, этот чип доступен с этим окном и без него. Без окна чип нельзя стереть с помощью УФ-излучения. ЭППЗУ с окнами также называют УФ-СППЗУ; те, у которых нет, называются EROM OTP (= One Time Programmable).

После программирования стираемого ПЗУ с УФ-светом, стеклянное окно должно быть закрыто наклейкой, чтобы внутрь не проникал солнечный свет. Солнечный свет также содержит компоненты УФ-излучения и может в конечном итоге стереть данные из памяти EROM.

В названии EPROM буква «C» после 27 указывает, что это CMOS EPROM (CMOS = Complimentary Metal Oxide Semiconductor). Они требуют гораздо более низкой производительности, чем старые NMOS EPROMS, и могут работать с более низким напряжением программирования (12,5 вольт) (N-канальный металлооксид-полупроводник). Поскольку оба чипа в остальном совместимы, старые NMOS EPROMS можно заменить на CMOS EPROMS того же размера (например, 2764 можно заменить на 27C64).

Чипы памяти EEPROM (28C…)

Название EEPROM означает электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство. Они построены так же, как EPROMS, но позволяют стирать отдельные байты или все пространство памяти электрически без ультрафиолетового излучения. Поскольку отдельные байты могут быть стерты без стирания всего, эти отдельные байты, по сути, могут быть перезаписаны. Однако с EEPROM процесс записи явно занимает больше времени, чем с EPROM — до нескольких миллисекунд на байт. Чтобы восполнить этот недостаток, EEPROMS, такие как AT28C256, были оснащены функцией программирования так называемых блоков. В этом процессе сразу 64, 128 или 256 байт загружаются в микросхему памяти и одновременно программируются как блок. Это явно сокращает время программирования.

Дополнительные внутренние затраты на электрическое стирание, а также функцию записи блока, если это необходимо, делают EEPROMS более дорогими, чем EPROMS.

FLASH EPROMS (28F…, 29C…, 29F…)

Эти микросхемы могут быть стерты электрически — полностью или по блокам — а некоторые — как AT28C… с EEPROMS) могут быть также запрограммировано блоком. Однако флэш-СППЗУ не всегда можно использовать в качестве замены обычного СППЗУ. Причины включают, например, то, что флэш-памяти, даже с небольшим объемом памяти, доступны только в корпусах с 32 или более контактами. Таким образом, 28F256 с 32 контактами не совместим по выводам с 27C256 с 28 контактами и таким же объемом памяти.

Последовательные EEPROMS (24C…, 25C…, 93C…)

Для этих микросхем последовательный означает, что вывод данных и присвоение адресов происходит побитно (=последовательно). Это означает, что за один раз можно получить доступ только к одному биту, и адрес доступа также должен передаваться побитно, но у этого есть главное преимущество, заключающееся в том, что последовательная EEPROM поставляется с небольшим 8-контактным корпусом. Поэтому эти чипы популярны, когда нужно сэкономить место или кабели доступа, и не требуется больших объемов данных или высоких скоростей.

RAM (52…, 62…)

Название RAM означает «Оперативная память» (= память с возможностью выбора). Эти запоминающие устройства могут быть записаны очень быстро (в этом случае это обычно называется записью, а не записью), и каждый байт может быть перезаписан так же быстро и легко, т.е. его не нужно предварительно стирать. Недостатком этой технологии является то, что микросхемы теряют место в памяти при отключении питания.

NVRAM (48Z…, DS12…, XS22…)

Название NVRAM расшифровывается как энергонезависимая оперативная память. Эти чипы обладают основными преимуществами чипов RAM (очень высокая скорость и простота перезаписи существующих данных) и сохраняют свои данные при отключении питания.

Этого можно добиться двумя способами: Первая группа устраняет недостаток оригинальной RAMS со встроенной батареей, защищающей пространство памяти от потери данных при отключении питания. По словам производителя, в зависимости от типа батареи хватает на десять лет.

Вторая группа имеет такой же большой EEPROM и при отключении питания сохраняет все данные из RAM в EEPROM. Когда питание восстанавливается, данные EEPROM копируются обратно в RAM. Сохраняются преимущества быстрого доступа к оперативной памяти и легкой перезаписи.

Микроконтроллер

Микроконтроллер представляет собой законченную систему, состоящую из ЦП (вычислительного блока/микропроцессора), программной памяти (FLASH или EPROM), рабочей памяти (ОЗУ) и ввода/вывода на микросхеме. Эти микросхемы встраиваются во многие устройства в виде «мини-ПК» и управляют, например, принтерами, обогревателями, микроволновыми печами, будильниками и т. д.

Стирание ПЗУ ультрафиолетовым светом

В этих чипах стирание происходит под воздействием интенсивного ультрафиолетового света в области длины волны 254 нм. Так как УФ-излучение очень опасно для глаз, а также канцерогенно, эти чипы стираются в специальных устройствах стирания ПЗУ. Они позволяют включать свет только после закрытия корпуса. При открытии корпуса свет сразу выключается. Стирание занимает от 5 до 25 минут, в зависимости от интенсивности света и других условий.

Нас часто спрашивают, можно ли стирать СППЗУ с помощью устройства для загара лица или подобного устройства. Это, однако, невозможно, так как длина волны УФ-С света в этих устройствах отфильтровывается. С другой стороны, стирание с использованием дневного света возможно, поскольку солнечный свет содержит необходимую длину волны. Это, однако, не имеет практического применения, так как потребуется несколько недель яркого солнечного света.

Названия микросхем памяти и как найти микросхемы на замену

Название микросхемы памяти содержит аббревиатуру производителя, технологию, объем памяти, максимально допустимую скорость доступа, диапазон температур, форму корпуса, а также дополнительные внутренние данные производителя. Разные производители часто используют очень разные названия, однако чипы с одинаковыми данными разных производителей обычно совместимы.

Требуется практика, чтобы правильно интерпретировать название микросхемы памяти. Но, как правило, изучение не занимает много времени, и после изучения обычно легко определить тип замены. Сменный тип должен использовать ту же технологию (EPROM/EEPROM/FLASH/и т. д.), иметь такой же объем памяти и такое же или меньшее время доступа и, если применимо, такой же или лучший температурный диапазон.

В случае существующей микросхемы памяти сначала нужно найти описание технологии на корпусе, т.е. 27С, 28С, 29F и т. д. Обычно перед ним указывается аббревиатура производителя (например, AT для Atmel). После этого находится размер памяти в битах, который может быть задан по-разному в зависимости от производителя:

Выбранные возможные размеры памяти:

• 16 = 16 КБит
• 32 = 32 КБит
• 64 = 64 КБит
• 128 = 128 Кбит
• 256 = 256 Кбит
• 512 = 512 Кбит
• 1001 или 010 = 1 Мбит
• 2001 или 020 = 2 6 Мбит

  0005 4001 или 040 = 4 Мбит

• 8001, 080 или 801 = 8 Мбит
• 016 = 16 Мбит

Следует отметить, что размер памяти указывается в битах, а не в байтах. После размера памяти может быть название версии, например «B», а затем дефис. После дефиса указана максимальная разрешенная скорость доступа в наносекундах (1/1000000000 секунды). Это максимальное время задержки между вводом адреса и выводом данных на порты микросхем памяти. К этой записи тоже нужно привыкнуть, так как она представлена ​​двумя цифрами: 9.0003

Выбранные возможные скорости доступа:

• 45 = 45 нс
• 60 = 60 нс
• 70 = 70 нс
• 90 = 90 нс
• 10 = 100 нс
• 12 = 120 NS
• 15 = 150 NS
• 20 = 200 нс
• 25 = 250 нс

После максимальной скорости доступа следует сокращение для типа корпуса и допустимого диапазона температур. Поскольку они могут различаться, в случае сомнений следует проверить техпаспорт. Спецификации можно легко найти с помощью поисковых систем, таких как www.google.com, используя термин для чипа + слово «техническое описание» в качестве условий поиска (например, 27c256 + техническое описание).

Зная это, метка M27C1001-10F1 теперь говорит нам, что это СППЗУ (=27C) с 1 Мбит памяти (=1001) со временем доступа 100 нс (=10) в корпусе DIP (=F) с допустимым диапазоном температур от 0 до 70 градусов Цельсия (=1).

В следующей строке маркировки на микросхеме памяти указывается дата изготовления (код даты). Это год (две цифры) и календарная неделя. Таким образом, чип с кодом даты 0109 относится к 9-й календарной неделе 2001 года.0003

Микросхемы для программирования: все, что вам нужно знать

Что такое программируемые микросхемы?

Программируемая интегральная микросхема — это микросхема памяти, представляющая собой программируемую интегральную схему, состоящую из миллионов конденсаторов и транзисторов, которые могут хранить данные или помогать обрабатывать код. Программируемые микросхемы ИС способны хранить память как временно через оперативную память (ОЗУ), так и постоянно через постоянную память (ПЗУ). Программирование интегральных микросхем является жизненно важным процессом, поскольку микросхемы памяти являются важными компонентами компьютеров и электронных устройств, поскольку большинство из них не может функционировать или хранить/отправлять информацию без них.

                              

Как программировать микросхемы?

Программирование интегральных схем — это процесс, который помогает создать основу для большинства современных технологий. В частности, процесс кодирования ИС включает в себя перепрошивку написанного программного обеспечения на программируемые устройства и является причиной того, что широкий спектр предприятий стал зависеть от программистов микросхем ИС.

Здесь, в ProEx Device Programming, мы предлагаем автономное программирование, которое дает следующие преимущества:

• Высококачественные услуги по программированию: Учитывая, что у нас есть команда экспертов, готовых помочь каждому клиенту, наши услуги по программированию микросхем памяти являются быстрыми, эффективными и высочайшего качества.
• Снижение затрат: Программирование в автономном режиме позволяет снизить затраты. Наше программирование интегральных схем гарантирует, что мы предоставим вам микросхемы, которые полностью автоматизированы и органично вписываются в вашу существующую компьютерную схему.
• Поддержка широкого спектра устройств: учитывая, что программируемые интегральные схемы могут использоваться в широком спектре устройств; Наряду с нашим программированием интегральных схем, мы предлагаем широкий спектр поддержки устройств, чтобы гарантировать, что каждый клиент может удовлетворить свои потребности как можно быстрее.

Какой язык программирования используется для микросхем?

Хотя некоторые языки программирования интегральных схем используются чаще, чем другие, здесь, в ProEx, мы можем принимать самые разные форматы файлов. Свяжитесь с нами сегодня для получения дополнительной информации о том, как мы можем лучше удовлетворить потребности вашего бизнеса.

Как работает программируемая микросхема?

Одним из главных компонентов работающей программируемой интегральной схемы является микроконтроллер. Они используются в автоматически управляемых устройствах, таких как:

• Имплантируемые устройства
• Электроинструмент
• Игрушки
• Системы управления двигателем
• И другие встроенные устройства

Другими словами, микроконтроллеры сродни мини-компьютерам. Они используются для размещения программируемых интегральных схем, которые затем легко имплантируются в устройства всех типов.

Сколько времени занимает программирование микросхемы?

Хотя ответ может варьироваться, это может занять от 1 секунды до 30 минут.

                              

Ключевые выводы:

• Программируемые интегральные микросхемы используются в самых разных устройствах.
• Многие компании стали полагаться на квалифицированных программистов устройств ИС для администрирования этих услуг.
• Здесь, в ProEx, мы предлагаем автономное программирование, которое является быстрым, эффективным и экономичным.

Нужны услуги по программированию интегральных схем?

В целом, если вам нужен квалифицированный программист микросхем, мы здесь, чтобы помочь. Здесь, в ProEx, мы предлагаем дополнительные услуги программирования в автономном режиме, которые могут сэкономить ваше время и деньги.