自制STC单片机下载电路，再也不用人工干预了
时间：2022-10-21 23:30:01
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来源 |TsinghuaJoking
STC下载和使用单片机程序ISP模式，通过微机串口或USB连接到单片机上的特定下载端口进行下载。调试器可以完成单片机的开发，无需任何第三方下载器，使用非常方便，但缺点是每次下载都需要手动复位。
本文介绍了一种全自动STC通过下载电路，整个下载过程不需要人工干预，大大提高了程序的开发效率下载-操作-测试完成程序开发的模式。
STC介绍下载模式
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；
单片机上电并发送相关信息；
PC重新握手后，继续完成芯片的擦写和下载程序。
其中，冷启动是单片机上电的必要环节。通常在设计单片机时。这部分通过手动机械开关给单片机上电。设计的自动下载电路是替代手动上电。
为避免单片机从下载串口管脚获取电能，需要通过电阻和二极管有效隔离。
下载实验见以下博文：
STC单片机下载实验
STC下载程序界面。最低波特率为19200， 最高波特率设置为115200，下载成功率较高。至于为什么单片机不能下载其他设置，无法解释。
全自动下载电路
1. 基本原理
在串口(或USB转串口）的TXD低电平脉冲出现在管脚上，在整个下载过程中，TXD会有低电平脉冲。设计的电路板可以通过检测低脉冲产生单片机电源上电控制脉冲，使单片机断电，然后重新上电。模拟手动操作过程。
单片机供电部分最初通过开关，现在通过控制继电器开关完成断电和上电过程。
2. 电路功能描述
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；
如下图所示:
关于USB可参见博文转串口Prolific PL2303SA 调试[2]这里省略了内容。
在电源控制电路中，可重复触发单稳态定时器是TXD上脉冲合并成大脉冲。脉冲再次驱动后单稳态定时器形成电源开关脉冲信号，驱动继电器完成单片机电源开关。
观察STC脉冲的最大时间间隔为0.5~一秒钟，因此设计可重复触发的单稳态定时器需要一秒钟以上的时间。
考虑到在单片机断电过程中，电路包括储能电源滤波电容器，需要放电。根据手动测试，断电时间大于1秒基本上可以保证单片机电路的可靠断电。因此，第二个单稳态定时器的时间设置为1秒。
利用继电器控制单片机的电源，可以适应单片机电路的不同电流范围。这比使用半导体开关设备具有更可靠的控制效果。此外，它还可以有效地隔离调试电路的工作电源和下载板的工作电源。
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。
（2） 电路功能描述
使用施密特反相器74HC14设计HC14包括六个相同的反相器，实际上只需要三个反相器。因此，为了确保工作的可靠性和接近理想状态，HC六个反相器并联成三个反相器。
第一组反相器是对的TXD隔离信号，驱动后面的二极管 RC电路。二极管D1, 电阻R11，电容C1,C2形成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。
第二组定时器由电容器组成C20，电阻R12以及D由三极管组成，最后通过第三组反相器形成开关脉冲T1驱动继电器RL完成单片机电源的断开和接入。
PL2303输出的RXD信号也通过继电器RL另一组开关与单片机相连，也可以保证单片机断电时，RXD不会给单片机供电。PL2303的TXD或者通过二极管D与单片机相连，在单片机断电时不能向单片机供电。
(3)辅助电路功能
除上述主要电路功能外，按钮BTN手动控制继电器开关，必要时手动控制下载过程。
发光二极管LED显示可以重复触发单稳态电路的状态。下一个程序只有在它熄灭时才能下载；当LED亮的时候说明最后一个下载过程还没有完成，这个时候不能下载。
4. PCB板
绘制实验电路，考虑电路元件的布局和布线，以适合快速单面制版。如果使用商业制版，可以考虑双面布置元件，以进一步缩小电路面积。
通过快速制版和焊接，形成自动下载电路的试验版。如下图所示：
下载板五条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单片机试验板用面包板固定试验单片机电路板。下载板的接口通过面包板连接到测试单片机板的电源和下载串口线。
2. 测试过程
设置STC的ISP程序，选择MCU型号，转入测试程序。最低波特率为19200， 最高波特率115200。
(1)测试下载程序
按动下载/编程按钮，便可以开始下载程序。此时下载板上的继电器会自动断开一秒钟，然后重新上电。ISP程序完成握手信号之后，对单片机进行擦除、编程等过程。当操作成功之后，经过大约2秒钟，下载板上的LED熄灭。之后便可以进行下一次的程序下载了。
（2）测试“检测MCU选项”
按动“检测MCU选项”，可以自动完成单片机的选项测试。
小结
在单片机开发中，为了简化调试过程，可以通过迭代“下载-运行”过程完成程序的开发验证过程。使用全自动下载电路板，则可以避免在程序下载过程中的手动开关，提高程序开发的效率。
在STC-ISP程序中，包括有“当目标文件变化时自动装载并发送下载命令” 选项，利用该选项，可以在程序开发IDE完成对工程文件编译之后，自动触发ISP程序下载。此时，全自动下载板将原来手工对电源控制的过程省略，实现了程序的修改-编译-下载-观察的自动过程，提高了程序开发的效率。
下面使用touch命令来模拟修改HEX文件，可以看到可以直接触发ISP程序完成自动单片机程序下载。
▲ 使用touch命令来修改HEX文件，触发自动下载过程
本文所涉及到的电路板的AltiumDesign工程文件可以CSDN中下载。
参考资料
[1]
STC单片机下载实验: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/105448141
[2]Prolific PL2303SA 调试: https://zhuoqing.blog.csdn.net/article/details/105442910
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