第一讲：电路板设计
无论½访问哪一家可编程器件制造商的½站，½½会发现，对装在电路板上的器件进行编程，这是他
们到处宣传的一个特点。我们把它称为系统内编程（ISP），人们已经½用多年了。ISP 技术½够加快代码
调试，最后完成新产品设计，为生产制造做½准备。在生产中½用
ISP
技术有实际的优点。ISP 可以减少
对器件进行编程的成本。½用
ISP
技术可以提高灵活性，即提高在生产线上进行重新编程的½力，或者在
电路板上进行多步编程，不用进行反修或者把器件拿下来。ISP 技术省去了对预先编程器件的存货进行跟
踪方面的工½。电路板一旦具备
ISP
的功½，就可以在现场完成升级或者提供服务。
工程师如½才½优化印刷电路板设计，在生产线上实现
ISP
呢？有多种设计可以简化这种½变。
1．弄清楚电路板哪些是可编程器件。电路板上的器件并不是½可以进行系统内编程的。例如，并行器件通
常就不可以这么做。对于可编程器件而言，为了保持设计的灵活性，ISP 的串行编程½力是必不可少的。
2．检查每个器件的编程技术规范，确定哪些引脚是必需的。这些信息可以从器件制造商那里得到，也可以
到½上下½½。此外，现场应用工程师也可以提供器件和设计方面的支持，也是个很½的资源。
3．连接编程管脚，以便½用控制电路板上的引脚。确认在这个设计中，可编程管脚连接到电路板上连接器
或者测试点。用于生产的电路内测试器（ICT）或者
ISP
编程器½需要这些。
4．避开争用。确认 ISP
所需要的信号没有连接到其他的硬件上，这些硬件会与编程器发生冲突。看看线
路的负½½。有一些处理器½够直接驱动发光二极管(LED)，½是，大部分编程器还做不到这一点。如果输入
/输出是共享的，那么，这可½会是一个问题。请注意监视定时器或者复½信号产生器。如果由监视定时器
或者复½信号产生器发出一个随机信号，那么，器件可½是不正确地编程的。
5．确定在制造过程中可编程器件是如½加上电源的。目标电路板必须加上电源，以便在系统中进行编程。
我们还需要确定以下几个问题：
•
需要什么样的电压？在编程模式下，组件需要的电压范围通常与正常工½模式不同。如果在编程时的电
压比较高，那么，必须保证这个更高的电压不会对其他组件造成损坏。
•
一些器件必须在高电平和½电平的情况进行检验，以保证器件的编程是正确的。如果是这样，那就必须
规定电压的范围。如果有复½产生器的话，请先检查复½产生器，因为在执行½电压检验时它可½会试图
把器件复½。
•
如果这个器件需要一个
VPP
电压，那么要在电路板上提供
VPP
电压，或者在生产时另外½用电源为它
供电。需要
VPP
电压的处理器将和数字输入/输出线共享这个电压。请确认连接到
VPP
上的其它电路可以
在更高的电压下工½。
•
是否需要监视器来看看电压是在器件的技术规范范围之内？请确认安全装½是有效的，½把这些电源保
持在安全范围内。
6．搞清楚½用什么样的设备来进行编程，以及进行设计。在测试阶段，如果电路板是放在测试固定件上进
行编程，那么可以通过针床来连接引脚。另外一个办法是，如果需要½用机架式测试仪，并且要运行专门
的测试程序，最½用连接器在电路板的边上进行连接，或者用电缆进行连接。
7．想出一些有创造性的信息跟踪措½。在生产线的后部增加针对配½的数据，这种做法变得越来越普遍。
在可编程器件有效½用时间内，可以把它做成"智½"器件。在产品上加上与产品有关的信息，例如，序号、
MAC
地址或者生产数据，
这会½产品变得更加有用，
更容易维护和升级，
或者可以更容易地提供保修服务，
而且，还有利于制造商在产品的有效½用期内收集有用的信息。许多"智½"型产品通过增加一个简单而且
不太贵的
EEPROM，用生产线或者现场的数据，对这个 EEPROM
进行编程，就具备这种跟踪的½力。
图
1
设计良½、适合最终产品的电路也会在生产过程中给
ISP
的实现带来障碍。
图
1
是一个简单的污水泵控制器的典型设计。 是一个½用闪存的通用可编程微控制器。
U1
在编程时需要½
用的管脚是
PA0、PA1
和
PA2（这三个管脚分别是程序时钟、程序数据输入和程序数据输出）等。测试点
TP1-TP5
是连接到用来编程的电线上，对
ICT
来说，这些测试点可½有用。对最终产品而言，这个设计是
行得通的，½是要想实现
ISP，这个电路是不够的。存在三方面的问题：
复½线没有接到测试点上。对于更小的处理器，复½电路有一个上拉/下拉电阻器，它们把器件保持在非复
½的状态。因此，在最终设计中，如果没有把这条线连接起来，是不可以。然而，这条线对
ISP
来说可½
会很重要。许多器件的制造算法是通过这这个管脚把组件设½在编程模式，或者致少要把把所有用于编程
的输出管脚设½在已知状态。否则，在处理器上执行的代码会和连接着编程器的输入/输出线争用。
连接到
PA1（程序数据输入）的 D1
会出现争用。相对大部分编程器引脚驱动器，LED 消耗的电流相½大。
如果连接到
PA1
的编程器不½克服
LED
消耗电流的问题，那么，这个引脚上的数据就不可½送到目标器
件上。对于
PA2
上的光隔离器，也是这样。不过，这个器件的电流可以达到正确的逻辑电平。
PA0
可½存在问题。
对于延伸到产品机壳外面输入线，
½用电阻器电容器
（RC）
电路来防止静电放电
（ESD）
，
是很常见的。把电容器
C2
直接连到
PA0
上，会引起争用，而且，在编程器试图驱动这条线时，会½时钟
的上升沿和下降沿变慢。
对同一个设计进行三次修改，½它最适合生产线上的
ISP（图 2）。
图
2
同一个电路设计经过修改，既清除了争用还对系统内编程进行了优化
用一个连接器来取代所有的测试点。如果这个连接器的大小和工程上用的工具一样，例如，模拟器或者编
程器，那是非常有用的。在生产的最后阶段，不需要把这个连接器安装到电路板上。这个连接器通常不去
动它，以便在服务和升级时½用。
复½线是连接到连接器上。把
D1
移到一个不是用来编程的输入/输出线上。如果不这样做，可以增加一个
驱动器来降½负½½。
把串联电阻器加到电容器的前面。这个电容器与编程器隔开，不会½响到它的既定用途。人们希望把浮动
的开关输入移到另一个不是用来编程的输入/输出引脚上，½是，这样做，这个器件的引脚就不够用了。
结论
在这个电路中，把其中一个电路移到处理器另一个引脚上、增加一个电阻器和另一个测试点，那么它就可
以在生产时用于
ISP。一旦有事情发生，可以在电路板上增加一个仿真器把失效的污水泵找出来。
设计一个具有
ISP
功½的印刷电路板需要做½充分的准备，½是，它会稍微减少电路板修改的次数，加快
上市时间，加强设计工程师与生产测试工程师之间的联系。
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