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1、JTAG调试器设计陈曙光2021/9/171JTAG调试器设计调试器设计 JTAG是英文“Joint Test Action Group”简称，也就是联合测试行动组织的意思，一种国际标准测试协议，主要用于芯片内部测试。标准的JTAG接口是4线：TMS、TCK、TDI、TDO,分别为模式选择、时钟、数据输入和数据输出线。相关JTAG引脚的定义为：TCK为测试时钟输入；TDI为测试数据输入，数据通过TDI引脚输入JTAG接口；TDO为测试数据输出，数据通过TDO引脚从JTAG接口输出；TMS为测试模式选择，TMS用来设置JTAG接口处于某种特定的测试模式；TRST为测试复位，输入引脚，低电平有效。
2、JTAG 测试允许多个器件通过 JTAG 接口串联在一起，形成一个JTAG链，能实现对各个器件分别测试。JTAG接口还常用于实现 ISP（In-System Programmable 在系统编程）功能，如对 FLASH 器件进行编程等。2021/9/172通过 JTAG 接口，可对芯片内部的所有部件进行访问，因而是开发调试嵌入式系统的一种简洁高效的手段。目前JTAG 接口的连接有两种标准，即 14 针接口和 20 针接口。JTAG调试器的制作需要的元件是：74HC244、14只电阻，一个空的并口插座，一段14芯电缆及一个14芯的插座。表1 14针接口JTAG调试器元件清单2021/9/173第
3、一节 JTAG调试器元件制作 JTAG调试器电路中需要设计的元件包括25针的并口座、8线缓冲/接收器74HC244、14座的JTAG插座。1.元件的CAE封装制作 首先进行 PowerLogic的启动及显示颜色设置，根据用户喜欢可以自行设置，也可以是使用软件默认环境。其次，单击File|Library|New Library命令，在文件名中输入“JTAG”，建立新的元件库，这样将JTAG调试器设计相关的元件封装放到这个独立的库中保存。（1）MYDB25并口插座CAE封装制作步骤1：单击Tools|Part Editor命令，进入元件封装设计编辑界面，在元 件封装编辑界面下单击File|New命
4、令，弹出对话框，选择“CAE Decal”项，单击OK进入逻辑封装设计窗口。2021/9/174步骤2：单击绘图工具盒中的封装向导图标，打开CAE Decal Wizard对 话框，设置如图1所示，封装设计结果如图2所示。图1 25针并口座元件CAE封装向导的设置2021/9/175图2 25针并口座元件CAE封装设置结果2021/9/176步骤3：单击File|Save As将MYDB25并口插座保存到JTAG库中。（2）74HC244的CAE封装制作 单击绘图工具盒中的封装向导图标，打开CAE Decal Wizard对 话框，设置如图3所示，封装设计结果如图4所示，最后将结果保存到JTA
5、G库。图3 74HC244元件CAE封装向导设置2021/9/177图4 74HC244元件CAE封装设置结果2021/9/1782.建立元件类型 在JTAG调试器中，元件的PCB封装在PADS库中均存在，故可直接建立元件的类型。（1）MYDB25并口插座元件类型建立 在PowerLogic设计窗口，单击Tools|Part Editor命令，进入元件类型编辑窗口，单击编辑电特性命令，打开Part Information for Part窗口。步骤1:首先分配MYDB25的逻辑封装，如图7所示。步骤2：将DB25-HM的PCB封装指定，如图8所示。步骤3：分配好逻辑封装和指定好PCB封装后，单
6、击OK。步骤4：单击编辑逻辑门封装命令 ，选择A门后编辑管脚后保存该元 件类型，保 存名字为“MYDB25”，结果如图9所示。2021/9/179图7 MYDB25逻辑封装的分配2021/9/1710图8 MYDB25元件PCB封装的指定2021/9/1711图9 MYDB25元件类型建立结果2021/9/1712（2）74HC244元件类型建立步骤1:首先分配74HC244的逻辑封装，如图10所示。图10 74HC244的逻辑封装分配2021/9/1713图11 74HC244的PCB封装指定 步骤2：将74HC244的PCB封装指定，如图11所示。分配好逻辑封装和指 定好PCB封装后，单击
7、OK。2021/9/1714图12 MY244PT元件类型结果步骤3：单击编辑逻辑门封装命令 ，选择A门编辑管脚后保存该元件 类型，保存名字为“MY244PT”，结果如图12所示。2021/9/1715（3）14芯插头元件类型建立 步骤1：在元件封装编辑界面下单击File|New命令,弹出对话框，选择连 接器“Connector”项，单击OK进入逻辑封装设计窗口。单击门 编辑图标 打开Part Information for Part窗口，在Connector 选项卡中，单击Add按钮，在浏览按钮下打开Browse for Special Symbols对话框，将connect库中的CONIN
8、、CONIN1、CONOUT、CONOUT1、CON_IO添加到Special Symbols栏目下，结果如图13所示，然后在Pin Type中编辑管 脚类型，结果如图14所示。其中排在最前面的是的连接器是默 认为逻辑封装。2021/9/1716图13 连接器的添加2021/9/1717图14 连接器的管脚类型2021/9/1718步骤2：单击编辑门封装 图标，打开Select Pin Decal对话框，选中CONIN后单击OK，单击File|Return to Part返回连接器编辑对话窗口，同样的方法，依次将CONIN1、CONOUT、CONOUT1、CON_IO编辑，最后将结果保存到JT
9、AG库。步骤3：在 PowerLogic设计窗口中，通过元件添加调出该元件如图15所示。图15 14芯插头添加到设计窗口过程2021/9/1719注：添加14芯插头时，首先单击放置J1-1，然后再次单击依次出现J1-2、3-14，最后将所有的插针按照次序放置，这样如图16所示，每一个J1-n(1、2)都是一个元件中的一个门。图16 14芯插头元件添加到设计窗口2021/9/1720第二节 JTAG调试器原理图绘制图17 JTAG调试器原理图注：JTAG调试器原理图参加exam14-5-1。2021/9/1721启动PowerLogic设计窗口，单击Tools|OLE PowerPCB Conn
10、ection命令，弹出Connect to PowerPCB对话框。单击New按钮，启动新的PowerPCB窗口，同时弹出OLE动态链接OLE PowerPCB Connection对话框。单击Design选项卡中的Send Netlist按钮，这时在PowerPCB中就会看到叠放在原点处的所有元件，如图18所示，网络表传送完成。图18 原点处叠放的元件2021/9/1722第三节 JTAG调试器PCB设计1.相关参数设置（1）PowerPCB设计环境参数设置在Global选项卡中，将Design Units中的单位设置为Mils。其他参数使用软件默认值。Grid选项卡设置如图19所示：（2）
11、Net显示设置在PowerPCB设计窗口，单击View|Nets命令，打开View Nets对话框，选择+5V单击add将+5v添加到View窗口，在View窗口中选中+5V，这时颜色选项卡由灰色变成可选择的，接下来给电源网络选择黄色作为显示颜色，如图20所示。2021/9/1723图19 Grid选项卡设置结果 2021/9/1724 图20 电源网络显示设置结果2021/9/1725（3）绘制JTAG调试器电路板边框在PowerPCB设计窗口中，使用绘图工具盒 中的绘制板框与切割加工区命令 ，绘制一个2200mil*1600mil的矩形电路板边框。（4）板层设置Layers Setup在P
12、owerPCB设计窗口中，单击Setup|Layer Definition命令，打开层定义对话框Layers Setup，如图21所示。软件默认板层是双面板，在顶层（Top）和底层（Bottom）之间没有任何层出现。JTAG调试器电路板为双面板。2021/9/1726图21 板层设置对话框2021/9/1727（5）Design Rules设置在PowerPCB设计窗口中，单击Setup|Design Rules命令，弹出如图22所示的设计规则（Rules）窗口。单击Default打开默认规则对话框如图23所示。图22 设计规则对话框2021/9/1728安全间距Clearance设置结果如图
13、24所示:图23 默认规则设置对话框图24 安全间距Clearance设置结果2021/9/1729走线Routing设置结果如图25所示，该电路板为双面走线。图25 走线Routing设置结果2021/9/17302.JTAG调试器元件布局 使用设计工具盒 中与元件布局相关的命令，进行元件的布局。首先选中元件J1将其移动到板框边缘，同时右击选择Query/Modify对话框，在Glued前打勾，将J1固定，其他元件均以该元件为参照进行布局，如图26所示。图26 DB25移动结果2021/9/1731另外，选中C1电容，右击在弹出的快速菜单中选择Flid Side将其放置于电路板的Bottom
14、层，其余器件均处于Top层；为了让布局界面清晰，单击Setup|Selected Color打开颜色设置选项卡，在Other框中将connection的颜色设置为黑色(图27)，当布局结束时，再将其修改为区别于背景的可见颜色，布局结果如图28所示。图27 JTAG调试器布局结果（connection为黑色）2021/9/1732 图28 JTAG调试器元件布局结果（connection为黄色）2021/9/17333.JTAG调试器布线 在PowerPCB的软件中，单击Setup|Preferences|Design|On-Line DRC|Prevent Error命令，激活半自动布线功能。
15、在布线过程中，当需要增加过孔时，按住shift键同时单击即可实现添加。打开设计工具盒 ,使用设计工具盒中的布线命令 ，最常用的是半自动布线命令Dynamic Route。单击半自动布线命令后，单击需要连线的焊盘，布线开始，JTAG调试器布线结果如图29所示。2021/9/1734图29 JTAG调试器PCB设计结果2021/9/17354.JTAG调试器灌铜区设置使用 命令绘制灌铜区边框，修改灌铜区属性，将其指定给Bottom层，分配给地网络即将灌铜区指定为底层的地网络上。使用右键菜单中Flood命令，完成灌铜，结果如图30所示。图30 JTAG调试器灌铜结果2021/9/17365.JTAG
16、调试器电路的设计验证在PowerPCB的设计窗口中，单击Tools|Verify Design命令，打开设计验证窗口，在检查栏目Check下，单击Clearance|Start命令，提示发现错误，如图31所示。元件的PCB封装外框超过了电路板边框，在这里实际电路情况需要这样放置，可以不用修改，继续验证其它项目。图31 与外框间距错误提示2021/9/17376.JTAG调试器电路丝印的调整在布线完成后，调整元件的参照名等丝印数据。如图16中C2的位置是横向的，需要调整为正常位置。7.CAMOUT数据输出在PowerPCB设计环境中，单击File|CAM命令，弹出CAM文档定义窗口。在CAM栏目
17、下选择，在弹出对话框中输入JTAG后单击OK，使得JTAG成为当前目录。在CAM文档定义窗口中，单击Add弹出Add Document窗口，定义输出文件。2021/9/1738图32 顶层走线2021/9/1739图33 底层走线2021/9/1740图34 顶层丝印2021/9/1741图35 底层丝印2021/9/1742图36 顶层SMD输出显示结果（paste mask）2021/9/1743图37 底层SMD输出显示结果（paste mask）2021/9/1744图38 顶层主焊层输出显示结果solder mask2021/9/1745图39 底层主焊层输出显示结果solder mask2021/9/1746图40 顶层钻孔坐标输出显示结果drill2021/9/1747图41 NC钻孔层输出结果显示2021/9/17482021/9/1749