最近想画一块STM32的开发板，需要设计ISP自动下载电路，在此借鉴正点原子的ISP自动下载电路的硬件设计。由于模拟电路不是很精通，本章结合PSpice进行仿真理解ISP的原理。

1. STM32的启动方式

讲到下载方式，一定得首先首先知道STM32的启动方式。STM32一共有三种其中方式，如下图所示

BOOT0	BOOT1	启动方式
0	X	内部FLASH
1	0	系统存储器
1	1	内部RAM

内部FLASH通常对应的是我们使用下载器进行烧录，比如常用的Jlink、STlink、DAPlink等等
系统存储器通常对应的是使用串口下载，因为STM32在出厂时就内置了一段BootLoader，这段BootLoader用于启动串口下载的程序。
内部RAM没用用过，就不过多介绍

如果我们的开发板没有一键下载电路的话，我们下载程序时要把boot 0的跳冒从接GND变成接VCC，然后下载，按一下复位按键程序才能烧录，最后再把接VCC变成接GND，并且再按一下复位，这样单片机才能运行程序，每一次烧录程序都很麻烦。而当我们的单片机有了一键下载电路后，就不需要改变boot 0的值，直接烧录就可以运行。下面就我个人来分析一下一键下载电路。串口ISP通信的详细原理请看着： STM32 串口 ISP 原理

2. ISP自动下载电路设计

所谓自动就是指用户无需按下复位键和BOOT切换来实现下载，一般复位管脚会接上拉电阻，默认为高电平，而BOOT0管脚一般会接下拉电阻，默认为低电平，我们需要设计一种电路，在下载的时候将RESET管脚设置为低电平，BOOT0设置为高电平。怎么才能设置这两个管脚呢？解决的思路是通过上位机去控制这两个管脚的电平，具体怎么控制呢？这就涉及到串口的硬件流控制了，上位机是可以通过编程控制USB转TTL芯片的相关管脚状态的。

2.1 正点原子ISP自动下载电路设计

如下图所示为正点原子ISP自动下载电路设计原理图。ISP电路只要看左边部分，下载软件(mcuISP或者FlyMCU等软件)需要设置为DTR的低电平复位和RTS高电平进BootLoader，此时CH340G的RTS#为低电平，DTR#为高电平，电平相反的原因是：DTR#和RTS#表示反向标志的的意思。因为我们的mcuisp软件使用的是232标准电平，而单片机是ttl电平，他们两者电平是相反的。所以原理图中DTR后面加了一个#表示我们CH340G芯片此时接收到的DTR是高电平（与我圈起来的序号1中的DTR低电平相反所以是高电平）。并不是说CH340G芯片会进行逻辑非运算，仅仅只是一个提醒标志而已。由电路图可知，Q3会导通，导致BOOT0管脚为高电平，Q2也会导通，导致RESET管脚为低电平，此时MCU进入复位，此时就能达到我们的设置电平的作用了。

2.2 ISP自动下载电路全过程解析

如下图所示，为mcuisp串口烧录软件的全过程，我们需要设置好1和3就可以实现自动下载了，标号2处显示的是下载时的调试信息。从图示我们可知分为以下几步：

DTR置低、RTS置高(对应DTR#置高、RTS#置低)，延时100ms
DTR置高、RTS维持高
程序下载

2.2.1 DTR置低、RTS置高(对应DTR#置高、RTS#置低) 阶段

此时Q3和Q1都导通，BOOT0为高电平，RESET为低电平，STM32此时进入BootLoader，为烧录程序做准备。下图为仿真图，注意在仿真的时候需要将RESET的上拉电阻和BOOT0的下拉电阻画上，不然很难分析出BOOT0和RESET的电平变化。

2.2.2 DTR置高、RTS置高(对应DTR#置低、RTS#置低) 阶段

此时Q3导通，Q1截止，BOOT0为高电平，RESET为高电平，释放复位。下图为仿真图

经过这两步后就可以通过串口下载代码了

2.3 疑问点

2.3.1 为什么需要将两个三极管连接在一起？

这是因为Q3在这里其主导作用，当RTS#为低电平时，给Q2的射极提供了一个电平，若RTS#为高电平，此时不管DTR#为任何电平，Q2都不会导通，此时RESET为高电平。下图为仿真结果

2.3.2 为什么需要那个IN4148二极管？

这个二极管的作用我觉得是防止手动复位电路影响到ISP自动下载电路，目前的仿真结果看不出这个结论。至于是不是得实物调试，有知道的大佬也可以麻烦告诉我

2.3.3 下载完成后RTS#是不是会自动变为高电平？

理论上在下载程序后需要将BOOT0拉低，此时需要Q3截止，那就是需要RTS#为高电平，但是我们冲上位机下载日志中没看出这个调试信息，具体得看实物的电平。

参考资料

stm32中的ISP一键下载原理分析
STM32 串口 ISP 原理

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正点原子STM32 ISP电路分析