來源 | TsinghuaJoking

STC單片機的程序下載使用ISP模式，下載程序通過微機上串口，或者USB轉串口，與單片機上特定的下載端口相連進行下載。不需要任何第三方的下載器，調試器便可以完成單片機的開發，使用起來非常方便，但缺點是每次下載都需要人工復位才行。

本文介紹一種全自動STC下載電路，使得整個下載過程不需要人工干預，這就大大提高的程序的開發效率，使得通過下載-運行-測試 模式完成程序的開發。

STC下載模式介紹

STC單片機ISP下載程序過程具有非常確定的流程，通過以下三個步驟。

PC在TXD每隔10ms發送兩個相連的0xff字節；

單片機上電，并發送給相關的信息；

PC重新握手后繼續完成芯片的擦寫和下載程序。

其中單片機上電，進行冷啟動是一個必要的環節。往往在單片機設計的時候。這部分通過手動的機械開關來給單片機上電。設計的全自動下載電路就是來替代手動上電的環節。

為了避免單片機從下載串口管腳獲取電能，則需要通過電阻和二極管來進行有效的隔離。

相關的下載實驗參見下面的博文：

STC單片機下載實驗

STC下載程序界面。其中最低波特率設置為19200， 最高波特率設置為115200下載的成功率比較高。至于其它的設置為何單片機無法下載，還無法進行解釋。

▲ STC-ISP（V6.87C）下載程序界面

全自動下載電路

1. 基本原理

計算機下載程序時，會在串口（或者USB轉串口）的TXD管腳上出現低電平脈沖，并且在整個下載程序過程，TXD都會有低電平脈沖。設計的電路板可以通過檢測該低脈沖，來產生單片機電源上電控制脈沖，使得單片機斷電，然后重新上電。模擬原本手工操作的過程。

單片機供電部分，原本通過一個開關，現在是通過一個受控繼電器開關完成掉電和上電過程。

2. 電路的功能描述

根據前面描述的原理，全自動下載電路包括有兩部分：

USB轉串口電路：這部分是由PL2303（SOP-8）完成；

電源控制電路：這部分包括有兩個單穩態時間定時電路和繼電器電路組成；

電路功能框架如下圖所示：

▲ 全自動下載電路框圖

關于USB轉串口部分可以參見博文“Prolific PL2303SA 調試［2］”中的內容，在這里就省略了。

電源控制電路中，可重復觸發單穩態定時器是將微機串口TXD上的脈沖合并成一個大的脈沖。該脈沖再驅動后面的單穩態定時器形成一個電源開關脈沖信號，驅動繼電器完成單片機的電源開關。

觀察STC的下載程序的波形，可以看到在整個下載過程中，脈沖中的最大時間間隔在0.5~1秒鐘，所以設計可重復觸發的單穩態定時器的時間常數需要大于一秒鐘。

▲ STC下載程序過程

考慮到單片機掉電過程中，電路中包括有儲能電源濾波電容，需要放電，根據手工測試，掉電時間大于1秒鐘基本上可以保證單片機電路可靠掉電。所以第二個單穩態定時器的時間設置為1秒鐘。

使用繼電器來控制單片機的電源，可以適應單片機電路工作不同的電流范圍。這比使用半導體開關器件有更加可靠的控制效果。另外，這也可以將調試電路的工作電源與下載板的工作電源有效的隔離。

3. 電路原理圖

（1）電路圖

全自動程序下載接口板的原理圖如下圖所示。

▲ 全自動程序下載接口板

（2） 電路功能描述

定時器使用施密特反相器74HC14來設計。由于HC14中包括有六個相同的反相器，而在實際中只需要三個。所以為了保證工作的可靠和接近理想狀態，就將HC14中六個反相器并聯成三個反相器。

第一組反相器是對TXD信號進行隔離，并驅動后面的二極管+RC電路。二極管D1， 電阻R11，電容C1，C2組成了可重復觸發的單穩態電路，由第二組反相器整形后，驅動后面的單穩態定時器。

第二組定時器是由電容C20，電阻R12以及D3組成，最后經過第三組反相器形成開關脈沖，通過三極管T1驅動繼電器RL1完成單片機電源的斷開與接入。

PL2303輸出的RXD信號也通過繼電器RL1另外一組開關與單片機相連，這樣也可以確保在單片機斷電的時候，RXD不會給單片機供電。PL2303的TXD還是通過二極管D2與單片機相連，可以在單片機掉電時不向單片機供電。

（3）輔助電路功能

除了上面主要電路功能之外，按鈕BTN1可以實現手動控制繼電器的開關，在必要的時候手動控制下載過程。

發光二極管LED顯示可重復觸發單穩態電路的狀態。當它滅的時候，才能夠進行下一次程序下載；當LED亮的時候，說明上一次下載過程還沒有完成，此時不能夠進行下載程序。

4. PCB板

繪制實驗電路，其中為了適合快速單面制版，對電路元器件的布局和布線做了考慮。如果使用商業制版，可以考慮雙面排布元器件，以便進一步縮小電路的面積。

經過快速制版和焊接，形成全自動下載電路的測試版。

根據原理圖設計，下載板的五個引線的功能定義如下表所示：

序號功能符號

1工作電源+5V

2單片機電源+5VC

3底線GND

4串口輸入RXD

5串口輸出TXD

功能測試

1. 測試單片機系統

使用STM15W415AS單片機的實驗板作為測試，利用面包板固定測試單片機電路板。將下載板的接口通過面包板與測試單片機板的電源、下載串口線相連。

▲ 全自動下載板與測試電路

2. 測試過程

設置STC的ISP程序，選擇MCU型號，調入測試程序。設置最低波特率為19200， 最高波特率115200。

（1）測試下載程序

按動下載/編程按鈕，便可以開始下載程序。此時下載板上的繼電器會自動斷開一秒鐘，然后重新上電。ISP程序完成握手信號之后，對單片機進行擦除、編程等過程。當操作成功之后，經過大約2秒鐘，下載板上的LED熄滅。之后便可以進行下一次的程序下載了。

▲ 自動下載程序

（2）測試“檢測MCU選項”

按動“檢測MCU選項”，可以自動完成單片機的選項測試。

小結

在單片機開發中，為了簡化調試過程，可以通過迭代“下載-運行”過程完成程序的開發驗證過程。使用全自動下載電路板，則可以避免在程序下載過程中的手動開關，提高程序開發的效率。

在STC-ISP程序中，包括有“當目標文件變化時自動裝載并發送下載命令” 選項，利用該選項，可以在程序開發IDE完成對工程文件編譯之后，自動觸發ISP程序下載。此時，全自動下載板將原來手工對電源控制的過程省略，實現了程序的修改-編譯-下載-觀察的自動過程，提高了程序開發的效率。

下面使用touch命令來模擬修改HEX文件，可以看到可以直接觸發ISP程序完成自動單片機程序下載。

本文所涉及到的電路板的AltiumDesign工程文件可以CSDN中下載。

編輯：jq