自制 EM78P156 烧写器（含源程序）

liyf · 发表于 2011-12-13 18:50:56

微处理器或微控制器在今日已经深入每一个家庭中，其应用范围从家电、汽车、防盗、电视游乐器、玩具、健康器材、计算机外设、通讯产品…等等。许多产品因应用微处理器来控制，取代了传统的机械式控制，不但降低成本，且增加其附加价值。其应用领域不断的扩大，不再是工业控制或昂贵仪器的专利。这一切都要拜其发展工具普遍化及IC价格日趋低廉所赐。然而整个产品从研发到量产过程中，具有EPROM功能的微控制器，实扮演着关键性角色。单次烧写(One_Time Programming)微控制器，不管是功能验证，或是初期小量生产，均是不错的选择。如果说OTP微控制器是子弹，那么烧写器便是枪了。经常卡弹的枪(即烧写品质不良，或是成功率过低)，在战场经常丧失制敌先机，甚而对自己生命造成威胁。故烧写器之制作，不可不谨慎为之。

   多功能烧写器(Writer)普遍存在的问题：目前市面上有不少可抹式只读存储器(EPROM)烧写器，亦提供”单次烧写” IC(简称：OTP)之功能。其功能亦有不错的表现，烧写之成功率也不差。但大多数的多功能烧写器仍免不了下列几项缺点：
   操作步骤复杂：由于必须同时提供多种品质烧写使用，且每一品牌又有多种系列产品。无可避免的，操作上势必多出许多步骤。如果再对该产品不熟，要对号入座，还真得费一番功夫。
   会挑个人计算机(PC)：在软件方面、时序（Timing）必须由个人计算机（PC）产生，然而新旧计算机之执行速度相差数倍甚至百倍，至使太新或太旧PC的没法使用。在硬件方面、由于阻抗的匹配和I/O端口设定的问题，使得传输工作就跟得了癌症一样，回天乏术。
   不能独立作业(stand-alone)，携带不方便：一般多功能烧写器都与PC搭配使用，本身不具储存程序代码的功能。一位有经验的工程师，在从是客户服务时，多半会自备一台PC及烧写器，以免白跑一趟。故要干这一行的客户服务工程师，不是重装步兵出身的，还真干不来。烧写时间过长，不利大量生产：如前项所述，新旧计算机速度相差甚多。故设计者在设计时序时，必须抓的很宽，以便符合所有计算机。内存小的须耗十数秒，内存大的可能要以分钟为单位了。要小量生产还可以忍受，可是遇到赶货或大量生产时，真有急惊疯遇到了慢郎中之叹。
具有导向功能的高速烧写器

其实我们对多功能型的烧写器亦无需多加以苛责，就好比一位十项全能的选手，其百米能跑个十秒四或十秒三，巳是个翘楚，但如果与百米选手
相比,可能初赛便被淘汰了。义隆电子发展的这一型烧写器，便是针对了多功能型的烧写器，天生无法克服之缺陷，巧思改良而成，虽然不具多功能的能力，但多功能烧写器的缺失，都巳不复存在。.如图a所示，其特性说明如下：
个人计算机 : 以前的烧写器，个人计算机扮演着主动的角色，完全由计算机发号司令，烧写器只能唯命是从，其过程几乎是单向沟通, ，而今天我们将整个沟通方式扭转过来， PC角色变的比较被动，其间与微控制器采一问一答的方式，亦即PC只送同步信号，而要不要做资料的传递则完全由微制器决定。个人计算机的另一个功能是将CODE丢到程序代码储存区去。
EM78247微控制器：该一MC(MicroController)除了与PC沟通外，更控制了整个烧写过程。这是为什幺本烧写器能够独自工作不需依赖PC的主因之一。
程序代码储存区：该一buffer使用24c16之EEPROM，一旦写入便永久储存，资料不会因电源的消失而消失，在该储存区的码经由微处理器烧写到OTP ROM中。
该一结构可以说完全避开了多功能型的缺点，为什么？请往下看：
简易的操作：只要将code及option写入程序代码储存区，按下烧写器的按钮,即可执烧写的工作。
不挑食： PC对烧写器采双向沟通，而EM78P247微控制器之传输速度(16MHz)，又远大于印表端口之速度(SPP)模式而言。故处PC只送同步信号及指令，而OTP ROM的数据则由微制器负责传送。在硬件上，印表端口原始设定之output pin永远只做输出，而input pin永远只做输入，即最传统的方式, 只因为目前仍有许多印表埠之I/O是非双向设计的。
可与个人计算机分开独立操作：由于所有的资料都放在程序代码储存区，故当download 结束时，即可将印表埠联机拆除，在烧写器上的LED会告诉您烧写成功或失败。如前所述整个烧写过程完全由EM78247微控制器所掌控，与PC毫无瓜葛，顶多在烧写结束时，告诉PC烧写的结果。
快速烧写：量再大也不担心： EM78P156/154内部OTP烧写结构采一次烧2个words(26 bits)，故1K ROM只需512次即可完成，根据标准规格做的烧写器可达0.3秒烧1颗，但实在太快了，恐烧写者没有注意，故目前市面上看到的时间，是有意放大了5倍烧写时间约1.5秒左右。
烧写成功率高：由于时序完全由EM78P247所控制，无需考虑PC的快慢。故烧写之时序乃精心所调试的最佳化结果，其过程稳定而安全。有记录证明连续烧写5千芯片(排除人为失误)，结果全数及格通过。
线路简单，维修容易：参阅图三乃烧写器之电路图，只有几只晶体管、电容和电阻，且无高深之电路理论。所有零件取得容易，且价格便宜，如有爱好，不妨自己 DIY。
综合以上的优点，不知是否为有意做类似产品之同好，提供一个另类思考方向。

烧写的流程：
图一、系统结构
首先看看图一，为系统之结构。图二则为整个系统之烧写流程，详细说明PC如何将程序代码及option code加载储存区中，并将之读回与原始码比较，以确保加载之值无误。为防止噪声改变EEPROM之值，以24C16为例，可将第七脚拉至Vcc，将之变成只读模式。以上动作完成后，可以用PC下命令方式或直接按下烧写器上之按键，当EM78P247接收到烧写指令时，会先烧写原始码再烧写选择码(option code)最后烧写保护码。该三个烧写的副流程，容后再详细讨论。顺带一提的是，一但保护码被烧low，其OTP ROM将被死锁，再也读不出来。

图二、烧写器之系统流程

图四烧写流程

符号	参数	分	最大	单位
Trs	Vpp 到VDD 层次设定时间	2		ms
Tcsu	模式代号设定时间	2		ms
Tchd	模式代号持有时间	2		ms
Tdsu	资料设定时间	2		ms
Tdhd	资料持有时间	2		ms
Tip	程式启动设定时间	4		ms
Tdb	资料到位组选择更改	20		ns
Tpwd	程式pulse 宽度	100		ns
Toes	输出启动设定时间	2		ns
Tod	资料选择更改由输出启动	20		ns
Thz	输出取消到资料在High-Z		100	ns
Tph	位址时钟pulse 宽度	25		ns
Tso	资料(位组) 选择到输出延迟时间		200	ns
Tsh	资料(位组) 选择到输出更改	50		ns
Toda	输出取消到ACLK 设定时间	2		ms
Tadb	ACLK 到资料(位组) 选择延迟时间	2		ms
Tsa	资料(位组) 选择到ACLK 设定时间	2		ms
表一烧写时序转换之AC电气特性

表一烧写时序转换之AC电气特性
图三搭配图四则详尽的描述了EM78247如何达成烧写的任务，让读者更易解读该二图，再提以下几点说明：
Vpp的范围从10.5V~12.5V均可，一但Vpp大于10.5V，即进入烧写模式。
利用C0~C2来设定烧写模式，实际上有七种模式，但只有三种是使用者可能用到的，即一般模式、选择(option)模式、与保护模式，请参阅表一。

模式(MODE）	C2(IO2)	C1(IO1)	C0(O0)
一般(REGULAR)	0	0	0
选择(OPTION)	0	1	0
保护(SECURITY)	1	0	0
表二烧写模式选择表

表二烧写模式选择表
其实在当TCC引脚电压由Vcc进入Vpp时，程序计数器即自动归零， ACLK引脚产生4个脤冲时，地址即加2。
请注意预载的顺序D7~D12(6bits)、 D0~D6(7bits)、D20~D25(1bit) 和D13~D19。也就是说，当启始时或地址加2后，低地址码的前(高)6位(bit)先加载，然后再将后(低)7位加载。同理、高地址码亦按此要领。
当加载码就序后，进入烧写阶段。按照设计人员给的规格，至少烧写100微秒，如果连续烧写16次均没有成功，表示该OTP ROM为不良品。个人经验建议，在烧写成功后，重复烧写步骤5次以上，或可增加OTP ROM之电位稳定性，请注意、验证时读取的动作顺序与写入时相同。
当烧写动作完成后，为保险起见，将OTP ROM之内含值与原始码，从头到尾再比较一次，完全一样则等大功告成。
图三为烧写时序图，而表一则标示了每一关键时间的时间需求，按图索骥，保证结果令人满意。
烧写器之电路图解译：

图五为本烧写器之详细电路图，吾人将其拆解成部分，并一一加以说明：
1、电源部分(右上角)： 7805提供了系统所需的5V电源， 7808加7805则提供了烧写时所需的12.5V电压，何时输5V出或12.5V则由EM78P247之第10.11脚来控制，平时整个系统耗电为25mA左右，烧写时瞬间耗电为75mA左右，请注意7805(右下角)的散热问题。　
2、OTP ROM之烧写脚座：请参阅图五之引脚安排，其与EM78247经由一限流电阻(1K)连接。

图五 EM78P156/4烧写时之引脚设定

符号	引脚	型式	功能说明
Vpp	3	输入	烧写电压。电压范围：10.5V到 12.5V。
ACLK	15	输入	产生时钟（Clock）给OTP内存地址增加之用。
IO0～IO6	6 ～12	I/O	七位之数据总线。
C0 ～C2	6 ～8	输入	烧写模式（Mode）之选择。
DS	16	输入	字符（Word）选择。当DS为1时，选择第一组字符。当DS为0时，则选择第二组字符。
BS	4	输入	Byte选择。当BS为1时，选择前六个位。当BS为0时，则选择后七个位。
/PGM	2	输入	码烧写致能，负逻辑。
/OE	1	输入	输出致能，负逻辑。
表三 EM78P156/4之OTP引脚说明

表三 EM78P156/4之OTP引脚说明
EM78247之微控制器(中间部分)：为该一烧写系统的心脏，其功能在下一章节将有更详细的说明，请注意该一微控制器使用16MHz为其操作频率。
程序储存区/EEPROM(左上角)：本实施列采用24C16之EEPROM， PC将程序代码加载其中，而EM78247则将其内含值读出，并写入OTP ROM中，至于如何将资料写入或读出之时序图，坊间许多标准范例，本文不再赘述。
I/O 埠(左中)：当初设计时,根据PRINT PORT的规格， CONTROL PORT,应可双向沟通，可是实际上却仍有为数不少的I/O卡，仍采单向，给打印机时，不会有任何问题。故为减少使用者的困扰，吾人决定输出永远输出，输入则永远输入。 3个IN3904则纯做开关，如此可避开PC与EM78247和EEPROM之阻抗匹配问题。
电源重置(POWER ON RESET)(左下角)： CMOS体质的微处理器，普遍存在的一个问题：就是残存电压(Brown-out)，因为微处理器无法自身很快的消化这些电压，故常要靠外部电路的协助，来保证POWER ON RESET的成功来。实施例利用一个2.7V极纳二极管，一旦电位低于2.7V，则系统会被重置。
烧写结果显示装置： EM78247之第25引脚扮演两个角色，第一、显示烧写结果，如成功时恒亮，失败时则闪烁；第二、侦测按键是否被按下。
EM78247微控制器到底做了些什幺?
如图六所示，为本微控制器的工作流程。吾人一共只用了约500个byte，尚有四分之三的ROM没有使用，足见该种微控制指令效率之高。吾人一开始即强调它的角色很重要，它是烧写器的心脏，它到底做了什么! 使它如此重要，请看：
开始时:自我测试，其目的将系统之不稳态先行消除。　
检测烧写指令，来自按键或来自PC：如果指令来自PC，则烧写方式根据PC告诉的需求来决定烧写的方式。
读取程序代码区的资料，将EEPROM之程序代码及设定码option分别读出。
控制整个烧写流程,即产生如图之时序。　
将OTP ROM之值与EEPROM值比较或将之传回PC中与原始码连接比对.
将烧写结果告诉PC或用绿色的LED来显示。
图七为EM78247之引脚图, 其每一引脚说明表四。

图六 EM78247之工作流程

图七 EM78247之引脚

表五 EM78247之引脚功能

符号	类型	功能
OSCI	I	XTAL 类型: Crystal 输入终端机或外在时钟输入引脚. RC 类型: RC oscillator 输入引脚.
OSCO	I/O	XTAL 类型: 输出终端机给crystal oscillator 或外在时钟输入引脚. RC 类型: 时钟输出与一段时间之一instruction 循环是穿戴上这引脚.
TCC	I	真正的打卡钟/计数器, Schmitt 启动输入引脚. 必须是tied 到 VDD 或VSS 如果不在用.
/RESET	I	Schmitt 启动输入引脚. 如果这引脚. 保持逻辑低的, 这控制器是重置.
P70~P77	I/O	端口7 是一个8-位bi-directional I/O 端口. P74~P75 能是 pulled-high 在内经由软体控制. P76~P77 能有 open-drain 输出经由软体控制. P70 和P71 也是这 R-option 引脚
P60~P67	I/O	端口6 是一个8-位bi-directional I/O 端口. 他们能是pulled-high 在内经由软体控制.
P50~P53	I/O	低的命令4 引脚之端口5. 假如EM78P267/467a, 只是低的命令 4 引脚是用在端口5.
P54~P57	I/O	高的命令4 引脚之端口5. 假如EM78P267/467B, 端口5 是一个 8-位bi-directional I/O 端口.
/INT	I	Falling 边缘triggered 中断输入引脚指示一个中断如果中断是能够.它有内部pull-up (50kW ).
NC	-	没有连接.
VDD	-	电源引脚
VSS	-	接地引脚
表五 EM78247之引脚功能

更多的功能待您去开发！
目前该烧写器所具有的功能，以这种结构而言，真的非常的阳春，仍有许多的功能待您自己去开发，就举几个参考例子：
规定某几个字符(word) 为加1之用：其目的在于如遥控器密码的设定，每烧写一次其值自动加1，无需整个程序重新编译，浪费许多时间。　
”假乱码”的格式：在将程序加载程序代码区之前，将码打乱成某一种格式而可利用微控制器将之反组译回来，如此可用来保护程序不为外界所盗用，对自己程序多一层保障。
设定烧写个数：利用EM78247与EEPROM之读写动作，事先设定烧写个数，每烧一个设定个数便减一，直到减为零，即停止，不再烧写。
设定EEPROM之读写密码：凡企图修改EEPROM之值者，必须先键入预先设定之密码，否则修改无效。
以上所列只是冰山一角，更多的功能等待有创意的您自己去开发!

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