Разработка программатора микросхем ПЗУ - Радиоэлектроника - Скачать бесплатно
СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
1 Обоснование технических решений 6
2 Конструкторская часть 8
2.1 Назначение 8
2.2 Принцип действия 8
2.3 Конструкция печатной платы программатора 16
3 Расчетная часть 18
3.1 Расчёт геометрических параметров печатной платы 18
3.2 Расчет освещенности помещения БЦР 21
3.3 Расчет трансформатора источника питания 23
3.4 Расчет потребляемой мощности схемы 25
4 Технологическая часть 27
4.1 Анализ технологичности конструкции устройства 27
4.2 Обоснование выбора метода изготовления печатной платы
30
4.3 Установка нанесения сухого пленочного фоторезиста 32
4.4 Анализ дефектов фотопечати 34
5 Исследовательская часть 35
5.1 Методика работы с прибором 35
5.2 Описание команд меню программы TURBO 38
5.3 Анализ работы устройства 53
6 Организационно-экономическая часть 55
6.1 Расчет себестоимости платы программатора 55
7 Охрана труда на участке обработки и изготовления
печатных плат 60
7.1 Мероприятия по технике безопасности 60
7.2 Мероприятия по обеспечению пожарной безопасности 62
7.3 Экология на производстве 63
Заключение 65
Перечень принятых терминов 67
Список литературы 68
Приложение А Перечень элементов
…………………………………………………………………………………………….70
Приложение Б Спецификация
……………………………………………………………………………..………………………….73
Приложение В Схема электрическая структурная АТДП.220198.119 Э1
Приложение Г Схема электрическая принципиальная АТДП.220198.119 Э3
Приложение Д Схема электрическая принципиальная АТДП.220198.119 Э3
Приложение Е Плата печатная АТДП.220198.119
Приложение Ж Сборочный чертеж АТДП.220198.119 СБ
Введение
Развитие микроэлектроники и широкое применение ее изделий в
промышленном производстве, в устройствах и системах управления самыми
разнообразными объектами и процессами является в настоящее время одним из
основных направлений научно - технического прогресса.
В обширной номенклатуре изделий электронной техники особое место
занимает семейство программируемых микросхем. Их ускоренное развитие в
настоящее время символизирует прогресс в микроэлектронике, которая является
катализатором научно - технического прогресса в современном мире.
Возрастающий круг научно - технических работников сталкивается в
своей практической деятельности с вопросами применения запоминающих и
логических программируемых микросхем. Их использование в радиоэлектронной
аппаратуре позволяет резко сократить сроки ее разработки и промышленного
освоения; поднять на новый уровень технические характеристики.
Существует принципиальная необходимость использования программируемых
микросхем в микро - процессорных устройствах и системах практически для
всех областей народного хозяйства, таких, как гибкие производственные
системы, системы управления различными технологическими процессами,
персональные ЭВМ, бытовая аппаратура.
Характерной тенденцией развития элементной базы современной
аппаратуры (РЭА) является быстрый рост степени интеграции. В этих условиях
актуальной становится проблема ускорения разработки узлов аппаратуры,
представляющих собой схемы с большой (БИС) и со сверхбольшой (СБИС)
степенями интеграции.
Программируемые БИС в настоящее время широко распространены. Их
основные преимущества перед другими изделиями микроэлектроники:
регулярность структуры, функциональная наращиваемость, широкий диапазон
реализуемых на их основе устройств с комбинационной логикой и конечных
автоматов, программируемость структуры. При этом достигаются большая и
сверхбольшая степени интеграции устройств на кристалле. Преимущество БИС –
возможность автоматизации процесса проектирования приборов на их основе,
аппаратного резервирования модификации реализуемых функций в большом
диапазоне с минимальными затратами.
Область применения – от простейших программируемых комбинационных
устройств до специализированных контроллеров.
Принцип необратимого изменения связей в интегральных микросхемах
электрическим способом был впервые реализован фирмой Radiation (США) в 1996
г. в запоминающей матрице постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). В
1970 г. фирма Harris conductor (США) выпустила первое законченное
программируемое ПЗУ (ППЗУ) емкостью 512 бит, а с 1972 г. началось массовое
производство аналогичных ППЗУ многими ведущими фирмами. С 1976 г.
развивается новый тип устройств с изменяемыми связями - БИС произвольной
логики: программируемые логические матрицы, мультиплексоры т.п., однако
ППЗУ до сих пор остаются наиболее массовыми устройствами этого вида.
Программируемые ПЗУ являются результатом усовершенствования
классической схемы полупроводникового ПЗУ с масочным программированием.
Простейшее ПЗУ содержит запоминающую матрицу, состоящую из шин строк и
столбцов, дешифраторы адреса строк и столбцов и усилители считывания.
Тема данного дипломного проекта заключается в изготовлении печатной
платы программатора микросхем ПЗУ, который позволяет программировать
широкий класс микросхем.
Обоснование технических решений
Программатор представляет собой устройство, подключаемое к компьютеру
типа IBM PC через параллельный LPT порт, позволяющее программировать
широкий класс микросхем. Универсальность программатора заключается в его
схемотехнике, позволяющей программировать кроме обычных ПЗУ и
микроконтроллеров, микросхемы программируемой матричной логики (ПЛМ) и т.д.
Так, некоторым микросхемам ПЛМ (например, 156РТ1) при программировании
необходимо присутствие высоких напряжений на всех выводах, что и
обеспечивает данная схема.
Важным достоинством программатора является программное обеспечение,
которое позволяет расширять номенклатуру программируемых микросхем
посредством написания, программирующего или тестирующего модуля на языке
программирования Borland Pascal, а также изготовления кросс – платы с
набором посадочных мест под программируемые микросхемы.
Устройство построено по принципу открытой архитектуры, что на
сегодняшний день является большим достоинством, так как процесс развития
ЭВТ продвигается очень стремительно.
Надежность процесса программирования определяется в первую очередь
достоверностью реализации режимов программирования, исправностью аппаратуры
программатора, надежностью связей с программируемой микросхемой. Надежность
обеспечивается проведением тестового контроля аппаратуры программатора,
программного обеспечения, параметров источников воздействий на зажимах
связи с ПМ. Эти меры принципиально необходимы в программаторах
производственного назначения, где все режимы выполняются автоматически и
нет визуального контроля ПМ, возможны отказы и сбои в работе аппаратуры, не
приводящие к сообщениям о браке запрограммированных микросхем.
Можно сформулировать функциональные характеристики программатора
предназначенного для БЦР на производстве:
1. Разнообразие функции ввода, обработки и редактирования данных;
2. Функции логического контроля запрограммированных микросхем при
отсутствии эталонного образца;
3. Возможность расширения номенклатуры программируемых микросхем;
4. Использование эталона программируемой микросхемы как источника
данных программирования и для контроля запрограммированных
микросхем;
5. Обязательное наличие режимов «Входной контроль» и «Выходной
контроль»;
6. Малые габариты;
7. Возможность копирования программируемых микросхем.
8. Простота ввода и отображения данных;
9. Обязательное наличие помощи в программном обеспечении
программатора.
Данные характеристики определяют высокую производительность и
надежность производственных программаторов, что и требуется в данном случае
для ремонтного бюро производственного предприятия «РЭМОС-ПМ», так как
прямое его назначение - это программирование или перепрограммирование (в
зависимости от ситуации) микросхем ПЗУ для различных плат, модулей и блоков
от станков с ЧПУ.
Конструкторская часть
1 Назначение
Данный программатор является универсальным устройством для
программирования микросхем ПЗУ. Он позволяет программировать микросхемы
следующих типов:
1) с ультрафиолетовым стиранием: 2708, 2716, 2732(A), 2764(A), 27128(A),
27256, 27256(21v), 27512, 271000, К573РФ1, К573РФ2/5, К573РФ4А
2) с пережигаемыми перемычками: КР556РТ4/11, КР556РТ5/17, КР556РТ12/13,
КР556РТ14/15, КР556РТ16, КР556РТ18, К155РЕ3
3) с электрическим стиранием: КМ1801РР1
4) FLASH: 28F256, 28F512, 28F010, 28F020
5) ПЛМ: КР556РТ1/2
6) микроконтроллеры: 8748, 8749, 8751, 8752, 87C51, 87C53, 1816ВЕ751,
1816ВЕ48, 1830ВЕ751, 1830ВЕ753
7) только читать: 8048, 8049, 80C48, 8051, 8052, 1816ВЕ49, 1816ВЕ51,
1830ВЕ48
2 Принцип действия
Принципиальная схема программатора представлена на чертеже
АТДП220198.119 Э3. Разъем Х1 предназначен для стыковки программатора с
параллельным портом IBM (стандартным кабелем от принтера). Каждый сигнал
IBM обозначен буквой D, C или S и цифрой 0...7. Буква идентифицирует
регистр параллельного порта (D - регистр данных, C - регистр управления, S
- регистр состояния), а цифра - номер бита соответствующего регистра.
Сигналы MODE_OUT, READ, WRITE - выходные сигналы IBM, обозначены как
инверсные. Это означает, что при установке битов 1 и 3 регистра управления
порта в единичное состояние соответствующие сигналы будут иметь нулевое
значение. Для выходного сигнала программатора S.7 знак инверсии означает,
что при единичном значении этого сигнала соответствующий бит порта регистра
состояния читается как нулевой. Названия сигналов, приведенные справа от
стрелок, отражают их функциональное назначение.
Разъем Х3 предназначен для подключения одной из кроссовых плат,
содержащих панельки для микросхем ПЗУ. На этот разъем выведены 20 сигналов
адреса и 8 сигналов данных, причем единичное значение для любого из этих
сигналов можно либо задавать равным +5 вольт, либо подключать к
управляемому источнику питания Е1. Кроме того, на разъем выведены еще
выходы четырех управляемых источников питания Е1..Е4 и напряжение +5 вольт.
С помощью такого набора сигналов и напряжений можно реализовать чтение и
прожигание практически любого типа микросхем ПЗУ.
Входные сигналы программатора DI0...DI7 (выходные сигналы регистра
данных параллельного порта IBM) поступают с разъема Х1 на формирователь
сигналов IBM, выполненный на микросхеме DD1 типа К555АП6. Эта микросхема
представляет собой шинный формирователь, пропускающий 8 сигналов слева
направо (когда на входе S единичное значение сигнала) или справа налево
(когда сигнал на входе S нулевой), если значение сигнала MODE_OUT на входе
EZ нулевое (при единичном значении этого сигнала, т.е. в режиме чтения
информации с микросхемы ПЗУ, все выходы микросхемы переходят в
высокоимпедансное состояние).
Сигналы DI0...DI7 поступают также на регистр сигналов управления,
выполненный на микросхеме DD2 типа К555ИР23. Байт из регистра данных порта
IBM запоминается в этой микросхеме по положительному фронту сигнала
MODE_OUT, поступающего на вход С микросхемы. 6 выходных сигналов микросхемы
используются для выбора одного из портов одной из четырех микросхем
КР580ВВ55, а сигнал бита 3 предназначен для открытия формирователя сигналов
адреса ПЗУ, выполненного на микросхеме DD4.
Регистр сигналов адреса включает в себя 2 микросхемы (DD6 и DD7) типа
КР580ВВ55 и 20 формирователей сигналов, выполненных на логических
микросхемах и транзисторах. Каждая из микросхем КР580ВВ55 содержит три 8-
битных порта ввода/вывода (порты A, B и С). Все 3 порта микросхемы DD6 и 2
порта (В и С) микросхемы DD7, использующиеся для реализации регистра
адреса, настраиваются (программным способом) на вывод. Для записи
информации в какой-либо из этих портов сначала в регистр управляющих
сигналов (микросхема DD2) записывается соответствующий управляющий байт
(нулевое значение на выходе разряда 6 или 7 микросхемы DD2 выбирает одну из
микросхем DD6 или DD7, а разряды 0 и 1 выбирают один из трех портов
микросхемы), а затем задается нулевое значение сигнала записи (на входе WR
микросхем DD6 и DD7). При этом информация с внутренней шины данных
программатора (в данном случае это информация из регистра данных
параллельного порта IBM) записывается в выбранный порт микросхемы DD6 или
DD7.
То есть, запись 20-разрядного адреса в регистр адреса осуществляется
в несколько этапов. Младший байт адреса записывается в порт В микросхемы
DD6, 2-й байт - в порт С микросхемы DD7, 3-й байт - в 4 старших разряда
порта В микросхемы DD7. Порт А микросхемы DD6, порт А микросхемы DD7 и 4
младших бита порта В микросхемы DD7 используются для подключения шины
адреса микросхемы ПЗУ к повышенному напряжению от регулируемого источника
питания.
Рассмотрим формирователь младшего разряда адреса (остальные 19
формирователей аналогичны), который выполнен на микросхемах DD10.1, DD11.1
и транзисторе VT6. Если младший бит 2-го порта (порта В) микросхемы DD6
установлен в единичное состояние, то на выходе формирователя младшего
разряда адреса (на выходе микросхемы DD11.1) будет нулевое напряжение. При
нулевом значении этого бита выходной транзистор микросхемы DD11.1 (эта
микросхема - инвертор с открытым коллектором) закрыт, поэтому напряжение на
выходе формирователя определяется состоянием младшего бита 1-го порта
(порта А) микросхемы DD6. При единичном значении этого бита транзистор VT6
открыт, поэтому на выход формирователя будет поступать напряжение с
управляемого источника питания Е1 (через открытый транзистор VT6 и резистор
R16). Если младший бит порта А микросхемы DD6 установлен в нулевое
состояние, то транзистор VT6 закрыт В результате на выход формирователя
будет поступать через резистор R93 и диод VD30 напряжение +5 вольт.
Такое схемное решение формирователей адресных разрядов позволяет
выбрать (программным способом) те контакты микросхемы ПЗУ, на которые
требуется подавать напряжение, большее 5 вольт. Для большинства микросхем
ПЗУ шина адреса 5-вольтовая. Для них надо устанавливать в нулевое
состояние все биты портов А микросхем DD6, DD7 и 4 младших бита порта В
микросхемы DD7. При этом транзисторы всех 20 формирователей адресных
сигналов будут закрыты.
Регистр данных во многом похож на регистр адреса. Он включает в себя
микросхему DD8 типа КР580ВВ55 и 8 формирователей сигналов, выполненных на
логических микросхемах и транзисторах. В микросхеме DD9 используются 2
порта (А и В). В порт B записываются 8-разрядные данные, порт A
используется для подключения шины данных микросхемы ПЗУ к управляемому
источнику питания Е1. В регистре данных ПЗУ используются более мощные
транзисторы, чем в регистре адреса ПЗУ. Поэтому формирователи сигналов
данных несколько отличаются от рассмотренных ранее формирователей адресных
сигналов. При нулевом значении сигнала на входе формирователя младшего
разряда данных (при нулевом значении бита 0 порта B микросхемы DD8)
транзистор VT2 закрыт в любом случае (даже если соответствующий бит порта А
микросхемы DD8 установлен в единичное состояние. Это предотвращает
перегрузку микросхемы DD16.2. Данные, записываемые в порт В микросхемы DD8,
проходят на выходы формирователей сигналов данных без инверсии (поскольку
инвертируются 2 раза). Поэтому информация для шины данных ПЗУ задается в
прямом коде (в отличие от адреса для микросхемы ПЗУ, который надо задавать
в инверсном коде).
Формирователь сигналов данных ПЗУ, предназначенный для передачи
сигналов, прочитанных с шины данных микросхемы ПЗУ, на внутреннюю шину
программатора, представляет собой порт А микросхемы DD7 типа КР580ВВ55.
Этот порт настраивается (программным способом) на ввод. Для чтения байта
данных из микросхемы ПЗУ сначала на нее выдаются требуемые управляющие
сигналы (как правило, достаточно только задать нулевое значение сигнала
выбора модуля микросхемы), затем задаются сигналы выбора порта А микросхемы
DD7 (путем записи соответствующей информации в регистр сигналов управления
программатора), после чего выдается нулевое значение сигнала чтения из
микросхемы DD7 (сигнал на входе RD микросхемы).
Сигналы с шины данных микросхемы ПЗУ поступают на порт А микросхемы
DD7 не напрямую, а через диоды VD12..VD15, VD26..VD29 подключенные
через резисторы к напряжению +5 вольт. Это позволяет читать данные из
микросхем ПЗУ с открытым коллектором.
Сигналы, считанные на внутреннюю шину данных программатора, поступают
на входы параллельного порта IBM через коммутатор, выполненный на
микросхеме DD3. Эта микросхема пропускает на выход 4 младших или 4 старших
бита 8-разрядной внутренней шины программатора, старшие биты - проходят при
единичном значении сигнала OUT_HI, поступающего на вход S микросхемы.
Необходимость коммутирования сигналов вызвана тем, что у параллельного
порта IBM имеется только 5 входных сигналов.
Формирователь сигналов адреса ПЗУ, предназначенный для чтения
сигналов младшего байта адреса ПЗУ, реализован на микросхеме DD5 типа
К555АП5. Эта микросхема представляет собой шинный формирователь,
пропускающий 8 сигналов, когда на его входах EZ1 и EZ2 нулевое напряжение.
Для задания нулевого значения сигнала на этих входах надо записать в
регистр сигналов управления (микросхема DD2) байт с установленным в
единичное состояние битом 3, а затем задать нулевое значение сигнала чтения
(сигнал READ на разъеме Х1). При этом сигналы А0...А7 проходят через диоды
VD16..VD19, VD30..VD33 и микросхему DD4 на внутреннюю шину программатора и
далее (через коммутатор DD3) на входы параллельного порта IBM.
Порт C микросхемы DD8 и все 3 порта микросхемы DD9 используются для
управления 4-мя регулируемыми источниками питания. У каждого из этих портов
6 младших битов предназначены для задания в цифровом коде выходного
напряжения источника питания. Старший бит (бит 7) предназначен для
выключения соответствующего источника, а бит 6 - для переключения его в
режим с пологими фронтами (для прожигания некоторых типов микросхем ПЗУ
требуются импульсы напряжения с пологими фронтами).
Запись в микросхемы DD8 и DD9 информации для управления источниками
питания осуществляется так же, как и запись в аналогичные микросхемы
регистра адреса (микросхемы DD6 и DD7), рассмотренного ранее. Сначала в
регистр сигналов управления (микросхема DD3 на листе 2) записывается байт
для выбора требуемого порта (порта C микросхемы DD8 или одного трех из
портов микросхемы DD9). Затем в регистр данных параллельного порта IBM
записывается необходимая информация и выдается нулевое значение сигнала
записи в микросхемы КР580ВВ55.
Поскольку все 4 регулируемых источника питания идентичны, рассмотрим
подробно работу только источника E4, который включает в себя цифро-
аналоговый преобразователь (микросхема DA4 типа 572ПА1) и усилитель
мощности, выполненный на операционном усилителе DD25.2 и транзисторах VT33,
VT40, VT41.
Напряжение на выходе цифро-аналогового преобразователя
пропорционально цифровому коду, поданному на входы микросхемы DA4. Это
напряжение (его максимальное значение около 7 вольт) подается на вход
усилителя, коэффициент усиления, по напряжению которого определяется
отношением значений сопротивлений резисторов R132 и R120, т.е. равен
примерно 3,5. Поэтому максимальное значение напряжения на выходе
регулируемого источника питания (при максимальном цифровом коде на входе
микросхемы DA4) - около 25 вольт. Из 10 входных разрядов цифро-аналогового
преобразователя используются только 6 старших. Поэтому дискретность
изменения выходного напряжения регулируемого источника питания составляет
1/64 от максимального значения, т.е. около 0,4 вольт.
Если сигнал на входе микросхемы DD23.4 имеет единичное значение (т.е.
запрограммировано единичное значение старшего бита порта C микросхемы
DD21), то микросхема DD23.4 (инвертор с открытым коллектором) коротит выход
цифро-аналогового преобразователя, выключая тем самым регулируемый источник
питания (напряжение на его выходе будет нулевым при любом коде на входах
микросхемы DA4).
Если сигнал на входе микросхемы DD23.3 имеет единичное значение (т.е.
запрограммировано единичное значение бита 6), то к входу усилителя
подключается конденсатор C6 при этом изменение напряжения на выходе
регулируемого источника питания (при изменении управляющего кода в порту C
микросхемы DD21) будет происходить плавно, что является необходимым
условием для прожигания некоторых типов микросхем ПЗУ.
Формирователь сигнала KROSS выполнен на микросхеме DD5.5, которая
представляет собой инвертор. Вход этой микросхемы через диод VD11 и
перемычку на кросс - плате соединен с одним из адресных сигналов (для
разных кросс-плат используются разные адресные сигналы). Если задать
нулевое значение адресного сигнала, соответствующего нужной кросс - плате
(для остальных адресных сигналов - единичные значения), то сигнал KROSS,
поступающий в IBM, будет иметь единичное значение, сигнализирующее о том,
что к программатору подключена требуемая кросс-плата (или вообще никакая
кросс-плата не подключена). Диод VD11 предназначен для защиты входа
микросхемы DD1.1 от повышенного напряжения, которое может быть задано для
адресных сигналов.
С помощью шины данных и сигналов управления, идущих с компьютера,
программируются четыре микросхемы DD6–DD9. На выходе этих микросхем
формируются сигналы, которые через соответствующие буферные каскады
подаются непосредственно на панельки для программирования. На адресное
пространство программируемой микросхемы сигналы 1–20 с выхода разъема Х3
подают высокое напряжение Е1.
Коммутаторы на шине данных используют мощный транзистор типа КТ973,
обеспечивающий импульсный ток до 1А, что необходимо для программирования,
например, микросхем 556РТхх, 1556хх. Другая шина, часто используемая как
адресная, таких токов не требует. Поэтому коммутатор, хоть и выполняет эту
же функцию, но устроен несколько проще. Так, например, если на линию 1 и 21
подать запрещенную комбинацию 0 и 0, которая одновременно откроет
транзистор VT6 и DD11.1, то резистор R16 не допустит выгорания DD11.1.
Как видно из устройства коммутаторов, на любую линию шины адреса или
данных (или на несколько сразу) можно вывести высокое напряжение Е1, и при
этом другие линии независимо могут иметь логические уровни.
Кроме 20-ти разрядной шины адреса и 8-ми разрядной шины данных,
существуют четыре программируемых источника напряжений Е1-Е4. При этом Е1,
как указывалось выше, служит высоким напряжением независимых коммутаторов
шины адреса и данных. Четыре мощных независимых линии напряжения
программирования управляются с помощью ЦАП 572ПА1, что позволяет
автоматически устанавливать эти напряжения при выборе в программе нужной
программируемой микросхемы. Все четыре источника имеют одинаковую схему:
ЦАП на базе 572ПА1 (включенный несколько нестандартно), в зависимости от
цифрового кода, обеспечивает через усилитель нужное напряжение. Сигналы c
DD22 и DD23 либо совсем выключают
|
