ISP 一键下载原理分析

1 STM32F103RCT6最小系统BootLoader

• BOOT1=0，BOOT0可变

2 ISP 一键下载原理分析

• ISP 的时候需要用到(bootloader)自举程序，自举程序存储在 STM32 器件的内部自举ROM存储器（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。

2.1 ISP普通下载方案一

• 1. 电脑通过 USB 转串口线连接 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 bootloader 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。

2.2 ISPISP一键下载方案二

• 图中的 Q1 和 Q2 外加几个电阻和一个二极管就构成了开发板的一键下载电路，此电路通过RST 和 DTR 信号来控制 BOOT0 和 RESET 信号，从而实现一键下载的功能。很多朋友问一键下载的原理，这里和大家讲一下，先说一个前提：DTR_N 和 RTS_N 的输出和 DTR/RTS 的设置是相反的。必须先记下这个前提。 一键下载电路的具体实现过程：
• 首先，mcuisp 控制 DTR 输出低电平，则 DTR_N 输出高，然后 RTS 置高，则RTS_N 输出低，这样Q2 导通了，BOOT0 被拉高，即实现设置 BOOT0 为 1，同时 Q1 也会导通，STM32 的复位脚被拉低，实现复位。
• 然后，延时 100ms 后，mcuisp 控制DTR 为高电平，则 DTR_N 输出低电平，RTS 维持高电平，则 RTS_N 继续为低电平，此时 STM32的复位引脚，由于 Q1 不再导通，变为高电平，STM32 结束复位，但是 BOOT0 还是维持为 1，从而进入 ISP 模式，接着 mcuisp 就可以开始连接 STM32，下载代码了，从而实现一键下载。

2.3 ISPISP一键下载方案三

• USB 转串口估计大家都很熟悉，一般都是用到 RXD 和 TXD 这两个口，一键 ISP电路中我们需要用 USB 转串口的芯片的DTR口和RTS口来控制单片机的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 脚为高电平，由于 RTS 为低电平， Q2 导通，U8 的 2 脚为低电平，U18 为一个模拟开关，使能端由 4 脚控制，默认高电平， U18的 1 脚和 2 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 脚设置为低电平，RTS 设置为高电平。 Q1和 Q2 为截至状态， 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. 至此，很多人还会认为 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，但是我们忽略了一点，就是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，如果不处理好，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，就有了我们全新的一键 ISP 电路。我们主要是分析上电瞬间的逻辑关系，单片机上电时我们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：只要 RTS 为低电平的时候， DTR 的电平也是低，因此一般情况 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 的下降沿的时候刚好遇到 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，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 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 100k 很大，电容的充电电流很小，等电容充电达到 U18 的 4 脚的有效电平 2V时，大概耗时 1S，在这个 1S 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。系统正常运行。