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来源 | TsinghuaJoking
STC单片机的程序下载使用ISP模式,下载程序通过微机上串口,或者USB转串口,与单片机上特定的下载端口相连进行下载。不需要任何第三方的下载器,调试器便可以完成单片机的开发,使用起来非常方便,但缺点是每次下载都需要人工复位才行。
本文介绍一种全自动STC下载电路,使得整个下载过程不需要人工干预,这就大大提高的程序的开发效率,使得通过下载-运行-测试 模式完成程序的开发。
STC下载模式介绍
STC单片机ISP下载程序过程具有非常确定的流程,通过以下三个步骤。
-
PC在TXD每隔10ms发送两个相连的0xff字节;
-
单片机上电,并发送给相关的信息;
-
PC重新握手后继续完成芯片的擦写和下载程序。
其中单片机上电,进行冷启动是一个必要的环节。往往在单片机设计的时候。这部分通过手动的机械开关来给单片机上电。设计的全自动下载电路就是来替代手动上电的环节。
为了避免单片机从下载串口管脚获取电能,则需要通过电阻和二极管来进行有效的隔离。
相关的下载实验参见下面的博文:
-
STC单片机下载实验
STC下载程序界面。其中最低波特率设置为19200, 最高波特率设置为115200下载的成功率比较高。至于其它的设置为何单片机无法下载,还无法进行解释。
▲ STC-ISP(V6.87C)下载程序界面全自动下载电路
1. 基本原理
计算机下载程序时,会在串口(或者USB转串口)的TXD管脚上出现低电平脉冲,并且在整个下载程序过程,TXD都会有低电平脉冲。设计的电路板可以通过检测该低脉冲,来产生单片机电源上电控制脉冲,使得单片机断电,然后重新上电。模拟原本手工操作的过程。
单片机供电部分,原本通过一个开关,现在是通过一个受控继电器开关完成掉电和上电过程。
2. 电路的功能描述
根据前面描述的原理,全自动下载电路包括有两部分:
-
USB转串口电路:这部分是由PL2303(SOP-8)完成;
-
电源控制电路:这部分包括有两个单稳态时间定时电路和继电器电路组成;
电路功能框架如下图所示:
▲ 全自动下载电路框图关于USB转串口部分可以参见博文“Prolific PL2303SA 调试[2]”中的内容,在这里就省略了。
电源控制电路中,可重复触发单稳态定时器是将微机串口TXD上的脉冲合并成一个大的脉冲。该脉冲再驱动后面的单稳态定时器形成一个电源开关脉冲信号,驱动继电器完成单片机的电源开关。
观察STC的下载程序的波形,可以看到在整个下载过程中,脉冲中的最大时间间隔在0.5~1秒钟,所以设计可重复触发的单稳态定时器的时间常数需要大于一秒钟。
▲ STC下载程序过程考虑到单片机掉电过程中,电路中包括有储能电源滤波电容,需要放电,根据手工测试,掉电时间大于1秒钟基本上可以保证单片机电路可靠掉电。所以第二个单稳态定时器的时间设置为1秒钟。
使用继电器来控制单片机的电源,可以适应单片机电路工作不同的电流范围。这比使用半导体开关器件有更加可靠的控制效果。另外,这也可以将调试电路的工作电源与下载板的工作电源有效的隔离。
3. 电路原理图
(1)电路图
全自动程序下载接口板的原理图如下图所示。
▲ 全自动程序下载接口板(2) 电路功能描述
定时器使用施密特反相器74HC14来设计。由于HC14中包括有六个相同的反相器,而在实际中只需要三个。所以为了保证工作的可靠和接近理想状态,就将HC14中六个反相器并联成三个反相器。
第一组反相器是对TXD信号进行隔离,并驱动后面的二极管 RC电路。二极管D1, 电阻R11,电容C1,C2组成了可重复触发的单稳态电路,由第二组反相器整形后,驱动后面的单稳态定时器。
第二组定时器是由电容C20,电阻R12以及D3组成,最后经过第三组反相器形成开关脉冲,通过三极管T1驱动继电器RL1完成单片机电源的断开与接入。
PL2303输出的RXD信号也通过继电器RL1另外一组开关与单片机相连,这样也可以确保在单片机断电的时候,RXD不会给单片机供电。PL2303的TXD还是通过二极管D2与单片机相连,可以在单片机掉电时不向单片机供电。
(3)辅助电路功能
除了上面主要电路功能之外,按钮BTN1可以实现手动控制继电器的开关,在必要的时候手动控制下载过程。
发光二极管LED显示可重复触发单稳态电路的状态。当它灭的时候,才能够进行下一次程序下载;当LED亮的时候,说明上一次下载过程还没有完成,此时不能够进行下载程序。
4. PCB板
绘制实验电路,其中为了适合快速单面制版,对电路元器件的布局和布线做了考虑。如果使用商业制版,可以考虑双面排布元器件,以便进一步缩小电路的面积。
▲ 全自动程序下载接口PCB板经过快速制版和焊接,形成全自动下载电路的测试版。如下图所示:
▲ 快速制版后的测试电路板根据原理图设计,下载板的五个引线的功能定义如下表所示:
序号
|
功能
|
符号
|
1
|
工作电源
|
5V
|
2
|
单片机电源
|
5VC
|
3
|
底线
|
GND
|
4
|
串口输入
|
RXD
|
5
|
串口输出
|
TXD
|
功能测试
1. 测试单片机系统
使用STM15W415AS单片机的实验板作为测试,利用面包板固定测试单片机电路板。将下载板的接口通过面包板与测试单片机板的电源、下载串口线相连。
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