CN108469963B - 一种集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器，所述芯片编程器外壳上设置有指示灯、启动/停止按钮、放置在凹槽内的尺寸可调节编程插座和尺寸可调节编程夹具、三个通讯接口；所述芯片编码器内部设置有嵌入式控制器、信号切换电路以及执行机构；所述尺寸可调节编程底座包括两个纵向部组成，芯片通过两个纵向部固定，一个纵向部可通过执行机构左右移动；所述尺寸可调节编程夹具包括两个横向部和两个纵向部组成，其中有一个横向部可通过执行机构上下移动，一个纵向可通过执行机构左右移动。本发明集成的插座/夹具尺寸可调整，因此可以适用于不同封装、不同尺寸和不同引脚数量的芯片；同时支持贴片式和直插式芯片的编程，适用范围广。

Description

一种集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器

技术领域

本发明涉及芯片编程器技术领域，特别是涉及一种集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器。

背景技术

芯片烧录是使用编程器(Programmer)，通过特定的编程接口(如I2C，SPI，UART等等)和特定的编程协议，将程序固件或配置数据固化到电子产品的非易失性存储器(如FLASH，EEPROM等等)中去。在实际的生产过程中，由于芯片的种类众多，因此芯片的编程方法千差万别，同时芯片的封装、尺寸和引脚数目也往往随着芯片型号的不同而不同，这给芯片的编程工作带来了很大的麻烦。

芯片封装可以分为直插式(DIP，Dual Inline-pin Package)和贴片式，如图1所示。直插式芯片是指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路(IC)均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100个。采用DIP封装的CPU芯片有两排引脚，需要插入到具有DIP结构的芯片插座上。当然，也可以直接插在有相同焊孔数和几何排列的电路板上进行焊接。DIP封装的芯片在从芯片插座上插拔时应特别小心，以免损坏引脚。芯片的另一种封装形式是贴片，贴片是电子产品小型化、微型化的产物，在焊装时，它不需要过孔，焊接面和器件在一面。这样的器件形式，叫做贴片封装。

对于直插式芯片的烧录，一般采用芯片插座的形式；对于贴片式芯片的烧录，一般采用夹具集成在编程器上的形式，或者采用芯片插座加夹具的形式，如图2和图3所示。

1、对于集成夹具的编程器，只能支持贴片式的芯片编程，如果想要支持直插式芯片，需要购置额外的编程器，一方面增加了成本，另一方面也给设备的管理带来了麻烦。

2、对于集成芯片插座的编程器，可以同时支持直插式和贴片式芯片。但是对于贴片式芯片，必须额外购置和芯片配套的编程夹具。针对不同的贴片式芯片，需定制不同的编程夹具，将贴片式芯片放置入编程夹具，再将编程夹具底部的插针和底座连接。这种方式由于需要定制各种不同的编程夹具，成本高昂，夹具的管理也是一个问题。另一方面实际使用中需要人手动将夹具与编程器进行连接，此时需要将夹具所有的顶针与编程器的接口一一对准，操作难度较大，很容易由于对不准造成顶针弯曲甚至断裂，从而损坏夹具；最后由于夹具和编程器非一体的，信号更容易由于安装问题造成不稳定，从而影响编程的成功率。

3、对于集成芯片插座的编程器，支持的直插式芯片型号有限。由于编程器采用的是固定芯片插座的形式，编程时将芯片的所有引脚正确插入底座的各个端子，然后通过底座提供的开关将芯片引脚卡死。因为底座的尺寸是固定的，对于尺寸过大或过小的芯片都无法插入，因此有可能需要购置几种不同型号的编程器，以适用各种尺寸的芯片，增加了成本，同时设备的管理也更为复杂。

发明内容

本发明针对上述现有产品的不足，提出了一种集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器。

为实现本发明的目的，本发明提供了一种集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器，所述芯片编程器外壳上设置有指示灯、启动/停止按钮、放置在凹槽内的尺寸可调节编程插座和尺寸可调节编程夹具、三个通讯接口；所述芯片编码器内部设置有嵌入式控制器、信号切换电路以及执行机构；

所述尺寸可调节编程底座包括两个纵向部组成，芯片通过两个纵向部固定，一个纵向部可通过执行机构左右移动；

所述尺寸可调节编程夹具包括两个横向部和两个纵向部组成，其中有一个横向部可通过执行机构上下移动，一个纵向可通过执行机构左右移动。

与现有技术相比，本发明的有益效果为，

1、集成的插座/夹具尺寸可调整，因此可以适用于不同封装、不同尺寸和不同引脚数量的芯片；

2、同时支持贴片式和直插式芯片的编程，适用范围广；

3、对于直插式，由于插座尺寸可调节，因此可以适用于更多的直插式芯片型号；

4、对于贴片式，由于该编程器已经嵌入了夹具，因此无需额外的夹具；另外由于夹具尺寸可调整，无需针对不同尺寸的贴片芯片购置不同的夹具，从而降低了成本；

5、夹具和编程器一体化，避免了夹具和编程器之间的插接不牢固影响编程成功率的问题；

6、简单易用，只需要在上位机软件选择相应的芯片信息，编程器自动调整插座或夹具的尺寸，放入芯片后可以通过上位机软件或者编程器上的按键即可开始写入固件。

附图说明

图1所示为现有技术中直插式和贴片式外观示意图；

图2所示为现有技术中芯片插座外观示意图；

图3所示为现有技术中芯片夹具外观示意图；

图4所示为本申请可调节芯片插座结构示意图；

图5所示为本申请可调节芯片夹具结构示意图；

图6所示为本申请芯片编程器的外观示意图；

图7所示为本申请芯片编程器内部结构图；

图8所示为本申请芯片编程器芯片安装、编程步骤示意图；

图9所示为本申请信号切换电路工作原理示意图；

图10所示为本申请单个CD4051实现8路转换原理图示意图；

图11所示为本申请两个CD4051实现16路转换原理图；

图12所示为本申请步进电机驱动电路工作原理图；

图13所示为本申请嵌入式控制器原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

应当说明的是，本申请中所述的“连接”和用于表达“连接”的词语，如“相连接”、“相连”等，既包括某一部件与另一部件直接连接，也包括某一部件通过其他部件与另一部件相连接。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、部件或者模块、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个部件或者模块或特征与其他部件或者模块或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了部件或者模块在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的部件或者模块被倒置，则描述为“在其他部件或者模块或构造上方”或“在其他部件或者模块或构造之上”的部件或者模块之后将被定位为“在其他部件或者模块或构造下方”或“在其他部件或者模块或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该部件或者模块也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图4-13均为本发明相关的示意图；

本发明结合在电子产品生产线芯片编程器的研发经验，以及现有产品在生产线现场的使用反馈，提出了一种集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器的设计方案。该方案可以使得编程器同时支持贴片式和插针式芯片的编程，同时可以支持不同封装、尺寸和引脚数目的芯片编程。对于直插式的芯片，由于插座尺寸可调节，因此可以适用于更多的直插式芯片型号；对于贴片式的芯片，无需额外再单独购买夹具，既节省了成本，又提高了可靠性，同时由于夹具尺寸可调节，因此可以适用于更多的贴片式芯片型号。

该芯片编程器包括至少一个尺寸可调节的直插式芯片插座和贴片式芯片夹具，控制芯片插座和夹具尺寸的执行机构、嵌入式控制器、信号切换电路、外壳、指示灯、按键以及通讯接口组成。

其中，尺寸可调节夹具:由两个横向部和两个纵向部组成，其中有一个横向可以上下移动，一个纵向可以左右移动，可移动部分由执行机构控制，通过这种方式改变芯片插座/夹具的尺寸，以适应不同尺寸和引脚数目的芯片，如图四所示。

其中，所述尺寸可调节编程底座包括两个纵向部组成，芯片通过两个纵向部固定，一个纵向部可通过执行机构左右移动；

需要说明的是，上述所述的纵向部以及横向部同现有技术中的不可调节尺寸的插座和夹具的部件相同，均为塑料材质，在塑料材质上增加芯片引脚触点，只是，本申请增加了执行机构，将上述插座以及夹具的组成部分设置在执行机构上，通过执行机构带动其移动；因此，在此对横向部以及纵向部的形状以及具体结构等不在详述。

执行机构：由嵌入式控制器发出信号进行控制，使得驱动机构可以带动底座/夹具的纵向部分左右移动，横向部分上下移动。执行机构由步进电机和驱动电路组成，驱动电路原理图如图12所示。

需要说明的是，步进电机与移动的横向部或纵向部的连接方式，可以采用，在步进电机的输出轴上连接丝杠，在横向部和纵向部下端连接螺母，丝杠与螺母螺纹连接，通过输出轴旋转，带动移动；具体的安装部位，根据实际设计进行，根据公知常识和简单试验即可，无需详述。

嵌入式控制器：如图4、图5所示，通过通讯接口获取芯片的信息(类型，封装，尺寸，型号，编程通讯接口，编程协议，编程电压等)和待写入到芯片的固件，根据获取的芯片信息，输出信号控制执行机构，从而控制底座或夹具的可移动部分左右移动和上下移动，使得调节可调节底座和夹具到适合所选定芯片的大小。控制信号切换电路将芯片编程需要的所有信号正确切换到底座/夹具上的触点，采用该芯片可识别的编程协议对其编程，同时判断编程成功与否。

嵌入式控制器以单片机为基础，原理图如图13所示。若芯片插座的最大触点数增加，则可以采用该系列单片机更高端的型号，以保证有足够的IO口支持所采用的CD4051。例如芯片插座最大触点为16，则每种信号需要2个CD4051，共需要6个单片机IO口，四种信号共需要24个单片机IO口；若芯片插座最大厨点为32，则每种信号需要4个CD4051，共需要8个单片机IO口，四种信号共需要32个单片机IO口。

信号切换电路：可以将嵌入式控制器的电源、地，信号线等根据芯片信息分别切换到编程底座/夹具上的各个正确触点。信号切换电路以CD4051单端8通道多路开关为基础，通过采用不同数量的CD4051组合即可满足不同最大触点的芯片插座。举例说明，对于24C512两种不同的封装，引脚数目不同，如图9所示，8-PIN PDIP为8个引脚，那么底座或夹具应移动成两列每列四个触点，并且尺寸与该芯片严格对应；而20-PIN的SOIC为20个引脚，那么底座或夹具应移动成两列每列10个触点，尺寸与芯片严格对应。

其中，尺寸可调节编程底座和尺寸可调节编程夹具的每个触点都和信号切换电路的输出端相连，对于同种型号不同封装或者不同型号的芯片，引脚个数和每个引脚的定义可能会不同，比如对于型号1，触点1是VCC，而对于型号2，VCC却在触点4，因此就需要信号切换电路把正确的信号从嵌入式控制器切换到各个触点上去。编程器中的嵌入式控制器根据获取的芯片信息，自动定位芯片编程需要的所有信号(电源引脚、地线引脚、信号线引脚等)在底座或夹具的正确触点位置，并通过嵌入式控制器外部的信号切换电路将嵌入式控制器的相应信号与可调节编程底座/夹具的触点正确连接。信号切换电路以CD4051单端8通道多路开关为基础，通过采用不同数量的CD4051组合即可满足不同最大触点的芯片插座。例如最大触点为8的芯片插座，采用4个CD4051即可，其中每一个CD4051分别接来自单片机的VCC，GND，数据信号(IO口模拟)和时钟信号(IO模拟)，如图10所示。若最大触点为16的芯片插座，则采用8个CD4051，两个CD4051一组，通过控制每个CD4051的使能端INH和寻址端A、B、C，即可实现16路通道的切换，如图11所示。每种类型信号(VCC,GND,时钟信号和数据信号)的相同通道编号(如每个CD4051的输出1通道)都接到芯片插座相同编号的触点(如1号触点)，通过控制器的程序控制输送到该触点的信号，例如某种芯片在触点1上的信号应该为VCC，则控制器的程序将VCC信号通过负责切换VCC的4051切换到输出1通道，而负责切换GND,数据信号和时钟信号的CD4051的使能端均为禁止。

编程器中的嵌入式控制器根据获取的芯片信息，通过自动检测的方式来检测芯片在底座或夹具上放置的方向是否正确，避免放置错误造成芯片损坏的不良后果；自动检测的方式为：嵌入式控制器向芯片发送读命令，若收到正确的数据，则判定芯片放置方向正确，若连续三次无法收到数据，则判定芯片放置方向错误，嵌入式控制器切断芯片的供电，以避免芯片损坏。

编程器中的嵌入式控制器通过自身集成的IO端口模拟出该芯片支持的编程协议时序，将获取的固件通过该IO端口写入芯片。

通过编程器上指示灯的状态可以获取编程成功或失败的信息。

指示灯：一个电源指示灯，通电为红色常亮，反之为灭；一个状态指示灯，编程时为绿色闪烁，编程成功为常绿，编程失败为常红。

按键：启动/停止编程动作。在初始状态下，按下按键嵌入式控制器开始对芯片进行编程；在编程状态下，按下按键嵌入式控制器停止对芯片进行编程。

通讯接口：USB，串口，以太网口。USB为该编程器的供电口，同时编程器可以通过USB、串口和以太网口接收芯片信息、待写入芯片的固件、开始\停止编程的指令；发送编程成功或者失败的反馈。

如图8所示为本申请芯片编程器芯片安装、编程步骤示意图：

1、编程器中的嵌入式控制器根据获取的芯片信息，自动定位芯片编程需要的所有信号的位置(电源引脚、地线引脚、信号线引脚等)并通过嵌入式控制器外部的信号切换电路将嵌入式控制器的相应信号与之连接；如图9所示，24C512的8-PIN PDIP，引脚1和2为地址引脚，引脚4为地线，引脚5为I2C的数据线，引脚6为I2C的时钟线，引脚7为写保护，引脚8为供电VCC。信号切换电路应该将嵌入式控制器的VCC切换到插座或夹具的触点8，GND切换到触点4，触点3应该将信号断开，其他触点连接嵌入式控制器的IO端口。如果是20-PINSOIC，GND就变成触点10，VCC就变成触点20，I2C信号/时钟线变成触点11/12，写保护变成触点19，此时信号切换电路应将嵌入式控制器的各个信号分别切换到不同的触点；

2、放入芯片到编程底座或夹具；

3、通过通讯接口接收“开始编程”命令，或者按下外壳的“开始编程”按钮进行芯片编程，此时嵌入式控制器向编程底座或夹具供电；

4、嵌入式控制器首先检测芯片方向是否放置正确，对于直插式的芯片，很容易放置方向上下颠倒；对于四方形的贴片式芯片，也很容易放置错误，此时很容易损坏芯片。如图9所示，8-PIN PDIP的正确放置方向为芯片上的半圆形标记朝上，如果一旦误将半圆形标记朝下，则插座或夹具的触点4(GND)实际连接的是芯片的VCC，而触点8(VCC)实际连接的是芯片的GND，不但无法完成芯片编程还会导致芯片损坏。嵌入式控制器通过向芯片发送读取命令的方式检测位置是否正确，若芯片无反应，则重发三次，均无反应，则判定芯片放置错误，此时编程底座或夹具供电中断；若芯片能够正确回应，则说明芯片放置正确；

5、若判定芯片放置正确，编程器中的嵌入式控制器根据获取的芯片信息，用自身携带的IO端口模拟出该芯片的擦除命令时序，擦除成功后将获取的固件通过该IO端口写入芯片，写入完毕进行回读校验，校验成功方为编程成功。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器，其特征在于，所述芯片编程器外壳上设置有指示灯、启动/停止按钮、放置在凹槽内的尺寸可调节编程插座和尺寸可调节编程夹具、三个通讯接口；所述芯片编码器内部设置有嵌入式控制器、信号切换电路以及执行机构；

所述尺寸可调节编程底座包括两个纵向部组成，芯片通过两个纵向部固定，一个纵向部可通过执行机构左右移动；

所述尺寸可调节编程夹具包括两个横向部和两个纵向部组成，其中有一个横向部可通过执行机构上下移动，一个纵向可通过执行机构左右移动；

通过通讯接口获取芯片的信息和待写入到芯片的固件，根据获取的芯片信息，输出信号控制执行机构，从而控制底座或夹具的可移动部分左右移动和上下移动，使得调节可调节底座和夹具到适合所选定芯片的大小；

编程器中的嵌入式控制器根据获取的芯片信息，自动定位芯片编程需要的所有信号在底座或夹具的正确触点位置，并通过嵌入式控制器外部的信号切换电路将嵌入式控制器的相应信号与可调节编程底座/夹具的触点正确连接；

通过通讯接口接收“开始编程”命令，或者按下外壳的“开始编程”按钮进行芯片编程，此时嵌入式控制器向编程底座或夹具供电。

2.根据权利要求1所述的集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器，其特征在于，所述执行机构包括步进电机和驱动电路，用于驱动尺寸可调节编程底座的纵向部移动，或者，用于驱动尺寸可调节编程夹具的纵向部左右移动、横向部分上下移动。

3.根据权利要求1所述的集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器，其特征在于，所述嵌入式控制器用于向执行机构发送控制信号。

4.根据权利要求1所述的集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器，其特征在于，所述信号切换电路用于将嵌入式控制器的电源、地线、信号线，根据芯片信息分别切换到编程底座/夹具上的各个正确触点。

5.根据权利要求1所述的集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器，其特征在于，所述指示灯包括一个电源指示灯，所述电源指示灯通电为红色常亮，反之为灭；一个状态指示灯，编程时为绿色闪烁，编程成功为常绿，编程失败为常红。

6.根据权利要求1所述的集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器，其特征在于，所述启动/停止按钮用于启动/停止编程动作。

7.根据权利要求1所述的集成尺寸可调节放置机构的芯片编程器，其特征在于，所述通讯接口包括USB，串口，以太网口，USB用于所述芯片编程器的供电口，同时USB、串口和以太网口用于编程器接收芯片信息、待写入芯片的固件、开始停止编程的指令；发送编程成功或者失败的反馈。

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