CN205193783U - 单片机一键下载电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及单片机一键下载电路，包括一个NPN三极管Q1、一个PNP三极管Q2、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，二极管D1的P极连接单片机或ARM处理器的复位脚，二极管D1的N极连接电阻R1和三极管Q1的集电极，电阻R1另一端接电源，三极管Q1的基极连接电阻R2，电阻R2的另一端连接串口DTR#信号，三极管Q1的发射极连接电阻R3和串口RTS#信号，电阻R3的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R4，三极管Q2的发射极连接电源，电阻R4的另一端连接MCU的启动模式控制脚。使用串口的DTR和RTS信号来控制MCU的复位和BOOT脚，实现复位和BOOT脚的自动控制，再结合上位机软件，实现一键下载。

Description

单片机一键下载电路

技术领域

本实用新型涉及领电子领域，具体是单片机一键下载电路。

背景技术

目前很多MCU都具有串口下载代码的功能，比如：ST公司的CortexM0(STM32F0系列)、CortexM3(STM32F1/STM32F2系列)和CortexM4(STM32F4系列)等内核的芯片，还有NXP公司的LPC900系列、LPC1000系列、LPC2000系列等芯片，兆易公司的GD32F1系列、GD32F2系列等，飞思卡尔的K10系列等，这些MCU都可以通过串口下载程序。这些MCU在通过串口下载程序的时候，方法基本都是类似的：MCU提供一个引脚，通过这个引脚的高低电平，控制MCU运行bootloader代码还是运行用户代码。配置好这个引脚后，按复位，MCU在启动瞬间读取这个引脚的状态，执行不同的程序，实现串口下载程序(bootloader)或者执行用户代码。

具体MCU复位后程序运行流程如附图3所示：(图中BOOT脚电平状态仅作参考)。

很多单片机或ARM处理器(以下简称MCU)，都可以通过串口下载程序，这类MCU串口下载程序，一般都是利用自带bootloader程序来实现的，MCU会有一个模式控制引脚(`以下简称BOOT)，通过这个引脚的电平状态，控制MCU运行bootloader还是运行正常的用户代码。

MCU通过串口下载程序，一般有以下几个步骤：

1.设置BOOT为特定电平(比如VCC)。

2.按复位，让MCU进入bootloader状态。

3.通过上位机软件，下载程序。

下载完以后，要让MCU运行用户下载的程序，又有如下几个步骤：

1.设置BOOT为另外一个特定电平(比如GND)。

2.按复位，让MCU运行用户代码。

上述通过按键/跳线帽控制MCU串口下载程序的方法，有以下缺点：用户编写一个程序，从下载程序到执行，需要经过5个步骤，全部都要手动设置，整个操作过程耗费很多时间，非常繁琐，严重影响效率。有使用次数限制，机械开关/跳线帽，都会有使用寿命，时间长了，容易出现接触不良，甚至无法使用的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种可以将以上步骤大大精简，完全不需要对单片机做任何设置，只需要一个步骤，即可完成程序的下载和运行，提高了开发效率的单片机一键下载电路。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：包括一个NPN三极管Q1、一个PNP三极管Q2、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，其中，二极管D1的P极连接单片机或ARM处理器的复位脚(RESET脚)，二极管D1的N极连接电阻R1和三极管Q1的集电极，电阻R1另一端接电源VCC，三极管Q1的基极连接电阻R2，电阻R2的另一端连接串口DTR#信号(#表示DTR的反向电平)，三极管Q1的发射极连接电阻R3和串口RTS#信号(#表示RTS的反向电平)，电阻R3的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R4，三极管Q2的发射极连接电源VCC，电阻R4的另一端连接MCU的启动模式控制脚(BOOT脚)。

本实用新型使用串口的DTR和RTS信号，来控制MCU的复位和BOOT脚，实现复位和BOOT脚的自动控制，再结合上位机软件，实现一键下载，整个过程只需要在上位机软件，点击一个下载按钮即可，不需要任何其他多余的操作，克服了通过按键/跳线帽控制串口下载程序的缺点。串口信号可以来自RS232串口或者USB转串口等。本实用新型具有如下优点：成本低廉，仅需2个三极管、一个二极管和4个电阻。使用方便，完全避免了手动设置BOOT和按复位带来的不便。适用范围广，电路可以适合各类支持串口下载的MCU。效率高，下载程序，仅需在按一个下载按钮，其他过程全部自动完成。寿命长，因为全部采用电子电路实现，无机械开关，可以无限次数使用。

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

图1为本实用新型的一键下载电路原理图示意图；

图2为本实用新型的串口一键下载电路工作流程图；

图3为本实用新型MCU复位后程序运行流程的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型为单片机一键下载电路，包括一个NPN三极管Q1、一个PNP三极管Q2、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，其中，二极管D1的P极连接单片机或ARM处理器的复位脚(RESET脚)，二极管D1的N极连接电阻R1和三极管Q1的集电极，电阻R1另一端接电源VCC，三极管Q1的基极连接电阻R2，电阻R2的另一端连接串口DTR#信号(#表示DTR的反向电平)，三极管Q1的发射极连接电阻R3和串口RTS#信号(#表示RTS的反向电平)，电阻R3的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R4，三极管Q2的发射极连接电源VCC，电阻R4的另一端连接MCU的启动模式控制脚(BOOT脚)。

本实用新型采用三极管和二极管等元器件构成MCU的串口一键下载电路，整个电路仅需：2个三极管(一个NPN管，一个PNP管)、一个二极管和4个电阻。电路原理图(以STM32芯片为例设计)，如图1所示。

图1中信号说明：

RESET，连接MCU的复位脚(低电平有效)。

BOOT，连接MCU的启动模式控制脚(低电平＝运行用户程序，高电平＝运行bootloader)。

DTR#，连接串口的DTR信号，不过电平与DTR相反(#表示电平相反的意思)。

RTS#，连接串口的RTS信号，不过电平与RTS相反(#表示电平相反的意思)。

注意：

①图中虚线框内，为本实用新型的电路原理图，虚线框外，为MCU的相关必要电路。

②默认状态下，电脑的串口DTR，RTS都是0的(低电平)，所以DTR#和RTS#默认状态都是高电平。

③本电路以STM32为例，STM32的复位是低电平有效；BOOT信号接STM32芯片的BOOT0引脚，高电平运行bootloader，低电平运行用户程序。

图1中虚线框内，为本实用新型的原理图，可以看到，本实用新型电路由：2个三极管、一个二极管和4个电阻构成，整个电路非常简单。其中Q1为NPN三极管(S8050)，Q2为PNP三极管(S8550)，D1为二极管(1N4148)，本电路，相关参数和器件型号，可以根据实际情况适当调整。

接下来，我们介绍本电路的原理，在介绍电路原理之前，我们有必要先了解一下STM32的利用串口下载程序的过程，STM32的串口下载程过程为：

1.BOOT0接VCC(图1中，BOOT连接到BOOT0，下同)。

2.按复位按钮。

3.通过上位机软件下载代码。

以上三步，为STM32串口下载程序的必要步骤，下载完成以后，需要将BOOT0接回GND，然后再按复位，才可以运行用户下载的程序，总共5个步骤。

利用本实用新型电路进行下载，下载过程(原理)如下：

首先，下载软件控制DTR输出低电平，则DTR#为高，然后设置RTS为高，则RTS#为低，这样Q2导通了，BOOT被拉高，即实现设置BOOT为VCC，同时Q1也会导通，RESET被拉低，STM32进入复位状态。然后，延时100ms后，下载软件再控制DTR为高电平，则DTR#为低电平，RTS维持高电平，则RTS#继续为低电平，此时STM32的复位引脚，由于Q1不再导通，而变为高电平，STM32结束复位，但是BOOT还是维持为VCC，从而进入bootloader模式，接着下载软件就可以开始连接STM32，下载程序了，从而实现一键下载。

下载完成以后，下载软件再次控制DTR输出低电平，则DTR#为高电平，此时由于RTS#还是低电平，所以，Q1导通，STM32再次复位，延时100ms，最后，下载软件控制RTS输出低电平，则RTS#为高电平，BOOT由于R5下拉，变成低电平，同时STM32结束复位，开始运行用户下载的程序。

这样，整个串口程序下载并运行下载好的代码，就全部完成了。整个过程中DTR和RTS的控制，以及程序下载，全部由电脑端软件控制完成，无需任何手动操作。我们仅仅需要点击一个程序下载的按钮即可。

整个过程，我们用流程图表示，如图2所示。

图1所示电路，适用于MCU低电平复位，BOOT脚低电平运行用户程序，高电平运行bootloader的情况，对于其他控制电平不一样的MCU，也可以通过变换电路(加、减反向电路即可)，实现同样的功能。不管电路结构如何变化，其原理，都是利用串口的DTR和RTS信号，完成对MCU的RESET和BOOT控制，达到一键下载的目的。

本实用新型大大简化了MCU串口下载程序的步骤，提高了工作效率和使用寿命，具有非常广泛的应用前景。实用新型应用产品：各种可以通过串口下载程序的单片机或ARM处理器。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.单片机一键下载电路，其特征在于：包括一个NPN三极管Q1、一个PNP三极管Q2、二极管D1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4，其中，二极管D1的P极连接单片机或ARM处理器的复位脚，二极管D1的N极连接电阻R1和三极管Q1的集电极，电阻R1另一端接电源VCC，三极管Q1的基极连接电阻R2，电阻R2的另一端连接串口DTR#信号，三极管Q1的发射极连接电阻R3和串口RTS#信号，电阻R3的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R4，三极管Q2的发射极连接电源VCC，电阻R4的另一端连接MCU的启动模式控制脚。