第3章 如何用串口下載程序

秉火STM32F103VET6（指南者）自帶串口下載電路，配合上位機可實現一鍵ISP下載，不需要修改開發板上的BOOT設置。與仿真器Fire-Debugger相比，ISP（In-System Programming，在系統可編程）只能下載程序，不能在線調試且下載速度慢。

3.1 安裝USB轉串口驅動

秉火的STM32開發板用的USB轉串口的驅動芯片是CH340，要使用串口，需要先在電腦中安裝USB轉串口驅動：CH340版本，見圖3-1。驅動可在網上搜索下載，或者使用我們論壇里面提供的。Windows 7用戶請用管理員身份安裝。如果不能安裝成功，上網查找原因自行解決。

如果USB轉串口驅動安裝成功，USB線與板子連接沒有問題，依次選擇“計算機→管理→設備管理器→端口”，可識別到串口。

如果識別不了串口，請檢查USB線是否完好，或換一根USB線試試。

3.2 硬件連接

如圖3-2所示，用USB線連接電腦和開發板的“USB轉串口”接口，給開發板上電（見圖3-3）。

3.3 開始下載

打開mcuisp軟件，配置如下：①選擇“搜索串口”，設置波特率為460800（盡量不要設置得太高）；②選擇要下載的HEX文件；③勾選“校驗”“編程后執行”復選框；④選擇“DTR低電平復位，RTS高電平進Boot Loader”選項；⑤開始編程，見圖3-4。如果出現一直連接的情況，按一下開發板上的復位鍵即可。下載成功界面見圖3-5。

3.4 ISP一鍵下載原理分析

3.4.1 ISP簡介

ISP指電路板上的空白元器件可以編程寫入最終用戶代碼，而不需要從電路板上取下元器件。已經編程的器件也可以用ISP方式擦除或再編程。

使用ISP的時候需要用到自舉程序（Boot Loader），自舉程序存儲在STM32器件的內部自舉ROM（系統存儲器）中。其主要任務是通過一種可用的串行外設（USART、CAN、USB、I2C等）將應用程序下載到內部Flash存儲器中。每種串行接口都定義了相應的通信協議，其中包含兼容的命令集和序列。

3.4.2 ISP普通下載

現在我們針對USART1的ISP進行分析，通常的ISP下載的步驟如下：

1）通過USB轉串口線將電腦連接到STM32的USART1，并打開電腦端的上位機；

2）設置跳線保持BOOT0為高電平，BOOT1為低電平；

3）復位單片機使其進入Boot Loader模式，通過上位機下載程序；

4）下載完畢，設置跳線保持BOOT0為低電平，BOOT1為低電平；

5）復位單片機即可啟動用戶代碼，正常運行。

以上步驟有個不好的地方就是：下載程序需要跳線及復位操作，很繁瑣。理解了ISP的原理，就理解一鍵ISP了。它需要做的事情就是用上位機去控制BOOT0引腳和單片機的復位引腳，電路圖見圖3-6。

3.4.3 BOOT配置

在ISP下載電路中，需要配置BOOT引腳，BOOT引腳不同的配置會產生不同的啟動方式，具體見表3-1。

3.4.4 ISP一鍵下載

USB轉串口大家都很熟悉，一般是用RXD和TXD這兩個引腳。在一鍵ISP電路中，我們需要用USB轉串口的芯片的DTR引腳和RTS引腳來控制單片機的BOOT0和NRST，原理如下：

1）通過上位機控制U6（CH340G）的RTS引腳為低電平，Q1導通，BOOT0的電平上拉為高電平。

2）通過上位機控制U6（CH340G）的DTR引腳為高電平，由于RTS為低電平，Q2導通，U8的2引腳為低電平，U18為一個模擬開關，使能端由4引腳控制，默認為高電平，U18的1引腳和2引腳導通，所以NRST為低電平，系統復位。

3）單片機進入ISP模式，此時可以將DTR引腳設置為低電平，RTS設置為高電平。Q1和Q2處于截止狀態，BOOT0和NRST還原默認電平。

4）上位機將程序下載到單片機，下載完畢之后，程序自動運行。

5）有人認為U18、Q1、Q2是多余的，用U6的RTS和DTR直接控制也可以。正常情況下，這樣理解沒有問題，但是他們忽略了一點，就是在單片機上電瞬間，如果USB轉串口連接了電腦，DTR和RTS的電平是變化的，如果處理不好，單片機會一直進入ISP模式，或者系統會復位多次，這種情況是不允許的。

6）于是，就有了全新的一鍵ISP電路。我們主要是分析上電瞬間的邏輯關系，單片機上電時通過示波器觀察波形得知DTR和RTS的電平是變化的，但是也有一個規律就是：當RTS為低電平的時候，DTR也是低電平，因此一般情況下Q2不會導通，但由于這兩個IO口的電平存在“競爭冒險”，會出現RTS的下降沿剛好遇到DTR的上升沿，這個時候Q2導通，導致系統復位，而BOOT0此時有可能也為高電平，就會進入ISP模式。這個是不受我們控制的，而我們不想系統出現這樣的情況，因此加入了模擬開關來切斷這種干擾。

7）加入模擬開關U18，通過控制U18的4引腳的開關來達到隔離干擾電平的目的。下面我們分析一下延時開關電路，上電瞬間，電容C65通過電阻R18來充電，由于電阻100kΩ很大，電容的充電電流很小，電容充電達到U18的4引腳的有效電平2V大概耗時1秒，在這個1秒時間內U18的模擬開關是斷開的，因此RTS和DTR的干擾電平不會影響到系統復位。這樣就保證了系統正常運行。