STM32F103系列（二）：如何使用串口下载程序

1、秉火STM32F103VET6（指南者）自带串口下载电路，配合上位机可实现一键ISP下载，不需要修改开发板上的BOOT设置。
与仿真器Fire-Debugger相比，ISP（In-System Programming，在系统可编程）只能下载程序，不能在线调试且下载速度慢。

2、安装USB转串口驱动
秉火的STM32开发板用的USB转串口的驱动芯片是CH340，要使用串口，需要先在电脑中安装USB转串口驱动：CH340版本，见图2-1。驱动可在网上搜索下载，或者使用我们论坛里面提供的。

图2-1 串口连接示意图
如果USB转串口驱动安装成功，USB线与板子连接没有问题，依次选择“计算机→管理→设备管理器→端口”，可识别到串口。
如果识别不了串口，请检查USB线是否完好，或换一根USB线试试。

3、硬件连接
如图3-1所示，用USB线连接电脑和开发板的“USB转串口”接口，给开发板上电（见图3-1）。

图3-1 USB转串口驱动安装成功

图3-2 指南者串口连接图

4、开始下载
打开mcuisp软件，配置如下：①选择“搜索串口”，设置波特率为460800（尽量不要设置得太高）；②选择要下载的HEX文件；③勾选“校验”“编程后执行”复选框；④选择“DTR低电平复位，RTS高电平进Boot Loader”选项；⑤开始编程，见图4-1。如果出现一直连接的情况，按一下开发板上的复位键即可。下载成功界面见图4-2。

图4-1 ISP下载配置

图4-2 ISP下载成功

5 ISP一键下载原理分析
5.1 ISP简介
ISP指电路板上的空白元器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下元器件。已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。
使用ISP的时候需要用到自举程序（Boot Loader），自举程序存储在STM32器件的内部自举ROM（系统存储器）中。其主要任务是通过一种可用的串行外设（USART、CAN、USB、I2C等）将应用程序下载到内部Flash存储器中。每种串行接口都定义了相应的通信协议，其中包含兼容的命令集和序列。

5.2 ISP普通下载
现在我们针对USART1的ISP进行分析，通常的ISP下载的步骤如下：
1）通过USB转串口线将电脑连接到STM32的USART1，并打开电脑端的上位机；

2）设置跳线保持BOOT0为高电平，BOOT1为低电平；

3）复位单片机使其进入Boot Loader模式，通过上位机下载程序；

4）下载完毕，设置跳线保持BOOT0为低电平，BOOT1为低电平；

5）复位单片机即可启动用户代码，正常运行。

以上步骤有个不好的地方就是：下载程序需要跳线及复位操作，很繁琐。理解了ISP的原理，就理解一键ISP了。它需要做的事情就是用上位机去控制BOOT0引脚和单片机的复位引脚，电路图见图5-1。

图5-1 ISP一键下载电路图

图5-1（续）

5.3 BOOT配置
在ISP下载电路中，需要配置BOOT引脚，BOOT引脚不同的配置会产生不同的启动方式，具体见表3-1。
表5-2 BOOT配置

5.4 ISP一键下载
USB转串口大家都很熟悉，一般是用RXD和TXD这两个引脚。在一键ISP电路中，我们需要用USB转串口的芯片的DTR引脚和RTS引脚来控制单片机的BOOT0和NRST，原理如下：

1）通过上位机控制U6（CH340G）的RTS引脚为低电平，Q1导通，BOOT0的电平上拉为高电平。

2）通过上位机控制U6（CH340G）的DTR引脚为高电平，由于RTS为低电平，Q2导通，U8的2引脚为低电平，U18为一个模拟开关，使能端由4引脚控制，默认为高电平，U18的1引脚和2引脚导通，所以NRST为低电平，系统复位。

3）单片机进入ISP模式，此时可以将DTR引脚设置为低电平，RTS设置为高电平。Q1和Q2处于截止状态，BOOT0和NRST还原默认电平。

4）上位机将程序下载到单片机，下载完毕之后，程序自动运行。

5）有人认为U18、Q1、Q2是多余的，用U6的RTS和DTR直接控制也可以。正常情况下，这样理解没有问题，但是他们忽略了一点，就是在单片机上电瞬间，如果USB转串口连接了电脑，DTR和RTS的电平是变化的，如果处理不好，单片机会一直进入ISP模式，或者系统会复位多次，这种情况是不允许的。

6）于是，就有了全新的一键ISP电路。我们主要是分析上电瞬间的逻辑关系，单片机上电时通过示波器观察波形得知DTR和RTS的电平是变化的，但是也有一个规律就是：当RTS为低电平的候，DTR也是低电平，因此一般情况下Q2不会导通，但由于这两个IO口的电平存在“竞争冒险”，
会出现RTS的下降沿刚好遇到DTR的上升沿，这个时候Q2导通，导致系统复位，而BOOT0此时有可能也为高电平，就会进入ISP模式。这个是不受我们控制的，而我们不想系统出现这样的情况，因此加入了模拟开关来切断这种干扰。

7）加入模拟开关U18，通过控制U18的4引脚的开关来达到隔离干扰电平的目的。下面我们分析一下延时开关电路，上电瞬间，电容C65通过电阻R18来充电，由于电阻100kΩ很大，电容的充电电流很小，电容充电达到U18的4引脚的有效电平2V大概耗时1秒，在这个1秒时间内U18的模拟开关是断开的，因此RTS和DTR的干扰电平不会影响到系统复位。这样就保证了系统正常运行。

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