《STM32库开发实战指南:基于STM32F103(第2版)》——3.4节ISP一键下载原理分析-阿里云开发者社区

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《STM32库开发实战指南:基于STM32F103(第2版)》——3.4节ISP一键下载原理分析

简介:

本节书摘来自华章社区《STM32库开发实战指南:基于STM32F103(第2版)》一书中的第3章,第3.4节ISP一键下载原理分析,作者刘火良 杨森,更多章节内容可以访问云栖社区“华章社区”公众号查看

3.4 ISP一键下载原理分析
3.4.1 ISP简介
ISP指电路板上的空白元器件可以编程写入最终用户代码,而不需要从电路板上取下元器件。已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。
使用ISP的时候需要用到自举程序(BootLoader),自举程序存储在STM32器件的内部自举 ROM(系统存储器)中。其主要任务是通过一种可用的串行外设(USART、CAN、USB、I2C等)将应用程序下载到内部Flash存储器中。每种串行接口都定义了相应的通信协议,其中包含兼容的命令集和序列。
3.4.2 ISP普通下载
现在我们针对USART1的ISP进行分析,通常的ISP下载的步骤如下:
1)通过USB转串口线将电脑连接到STM32的USART1,并打开电脑端的上位机;
2)设置跳线保持BOOT0为高电平,BOOT1为低电平;
3)复位单片机使其进入BootLoader模式,通过上位机下载程序;
4)下载完毕,设置跳线保持BOOT0为低电平,BOOT1为低电平;
5)复位单片机即可启动用户代码,正常运行。
以上步骤有个不好的地方就是:下载程序需要跳线及复位操作,很繁琐。理解了ISP的原理,就理解一键ISP了。它需要做的事情就是用上位机去控制BOOT0引脚和单片机的复位引脚,电路图见图3-6。


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3.4.3 BOOT配置
在ISP下载电路中,需要配置BOOT引脚,BOOT引脚不同的配置会产生不同的启动方式,具体见表3-1。


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3.4.4 ISP一键下载
USB转串口大家都很熟悉,一般是用RXD和TXD这两个引脚。在一键ISP电路中,我们需要用USB转串口的芯片的DTR引脚和RTS引脚来控制单片机的BOOT0和NRST,原理如下:
1)通过上位机控制U6(CH340G)的RTS引脚为低电平,Q1导通,BOOT0的电平上拉为高电平。
2)通过上位机控制U6(CH340G)的DTR引脚为高电平,由于RTS为低电平,Q2导通,U8的2引脚为低电平,U18为一个模拟开关,使能端由4引脚控制,默认为高电平,U18的1引脚和2引脚导通,所以NRST为低电平,系统复位。
3)单片机进入ISP模式,此时可以将DTR引脚设置为低电平,RTS设置为高电平。Q1和Q2处于截止状态,BOOT0和NRST还原默认电平。
4)上位机将程序下载到单片机,下载完毕之后,程序自动运行。
5)有人认为U18、Q1、Q2是多余的,用U6的RTS和DTR直接控制也可以。正常情况下,这样理解没有问题,但是他们忽略了一点,就是在单片机上电瞬间,如果USB转串口连接了电脑,DTR和RTS的电平是变化的,如果处理不好,单片机会一直进入ISP模式,或者系统会复位多次,这种情况是不允许的。
6)于是,就有了全新的一键ISP电路。我们主要是分析上电瞬间的逻辑关系,单片机上电时通过示波器观察波形得知DTR和RTS的电平是变化的,但是也有一个规律就是:当RTS为低电平的时候,DTR也是低电平,因此一般情况下Q2不会导通,但由于这两个IO口的电平存在“竞争冒险”,会出现RTS的下降沿刚好遇到DTR的上升沿,这个时候Q2导通,导致系统复位,而BOOT0此时有可能也为高电平,就会进入ISP模式。这个是不受我们控制的,而我们不想系统出现这样的情况,因此加入了模拟开关来切断这种干扰。
7)加入模拟开关U18,通过控制U18的4引脚的开关来达到隔离干扰电平的目的。下面我们分析一下延时开关电路,上电瞬间,电容C65通过电阻R18来充电,由于电阻100kΩ很大,电容的充电电流很小,电容充电达到U18的4引脚的有效电平2V大概耗时1秒,在这个1秒时间内U18的模拟开关是断开的,因此RTS和DTR的干扰电平不会影响到系统复位。这样就保证了系统正常运行。

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