一種利用可控硅實(shí)現(xiàn)STM32串口自動(dòng)下載代碼的方法設(shè)計(jì)

季賽玲

摘要：本論文首先簡(jiǎn)要描述了STM32系列芯片的應(yīng)用與特點(diǎn)，隨后對(duì)STM32下載代碼及啟動(dòng)方式進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了用可控硅實(shí)現(xiàn)串口自動(dòng)下載代碼的方式。期望通過(guò)本文的研究能夠?qū)TM32系列芯片串口自動(dòng)下載代碼提供一種全新的且簡(jiǎn)單易行的方法。

關(guān)鍵詞：STM32；可控硅；自動(dòng)下載

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）11-0245-02

1 STM32系列芯片的應(yīng)用及特點(diǎn)

自從ARM公司2007年首推Cortex內(nèi)核以后，ST憑借基于A(yíng)RM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F1，成為嵌入式芯片市場(chǎng)的最大贏(yíng)家之一。特別是STM32F103系列，包括現(xiàn)在的STM32F407系列，更是成為市場(chǎng)上最通用的MCU系列之一。在功能豐富的同時(shí)，擁有著超高性?xún)r(jià)比，ST的MCU被廣泛應(yīng)用于通信 、交通 、醫(yī)療 、物聯(lián)網(wǎng) 、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等領(lǐng)域。

STM32系列32位微控制器，是基于A(yíng)RM Cortex-M的微處理器，它能支持基于32位的廣泛應(yīng)用，支持高性能、實(shí)時(shí)功能、數(shù)字信號(hào)處理，低功耗及低電壓控制，同時(shí)擁有一個(gè)完全集成并且容易使用的開(kāi)發(fā)環(huán)境。

以STM32為應(yīng)用的產(chǎn)品線(xiàn)非常廣泛，有大量的工具和軟件作支撐，是眾多產(chǎn)品的理想選擇。豐富的型號(hào)。STM32系列從內(nèi)核上分，可分為：Cortex-M0、Cortex-M3、Cortex-M4、Cortex-M7。STM32系列從應(yīng)用上分，大體分為：超低功耗型、主流型、高性能型。根據(jù)內(nèi)核機(jī)性能、功耗的不同，STM32分為“STM32F0系列”、“STM32F1系列”、“STM32F2系列”、“STM32F3系列”、“STM32F4系列”、“STM32F7系列”，及超低功耗的“STM32L0系列”、“STM3L1系列”、“STM32L4系列”。其中，僅“STM32F4系列”就有180多種型號(hào)可供選擇，封裝靈活，有QFN、LQFP、BGA多種封裝。

STM32系列的芯片具有豐富的外設(shè)接口，包括FSMC、 TIMER 、SPI 、IIC、 USB 、CAN 、IIS、 SDIO 、ADC 、CDA 、 RTC、 DMA等眾多外設(shè)及功能，具有極高的集成度。功耗可以?xún)?yōu)化，STM32各個(gè)外設(shè)都有自己獨(dú)立的時(shí)鐘開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)關(guān)閉相應(yīng)的外設(shè)時(shí)鐘來(lái)降低功耗。開(kāi)發(fā)成本極低，STM32支持SWD和JTAG兩種調(diào)試口，它的開(kāi)發(fā)可以不需要昂貴的仿真器，SWD僅需兩個(gè)IO口，即實(shí)現(xiàn)調(diào)試。價(jià)格非常低廉，比如STM32F030僅售3元一片。

2 串口下載的優(yōu)點(diǎn)

在很多應(yīng)用場(chǎng)合，產(chǎn)品時(shí)常需要更新代碼。STM32的代碼下載有多種方法，比如JTAG、SWD、USB、串口等，其中最佳的選擇是串口下載。通過(guò)JTAG、SWD口下載時(shí)，需要連接JLINK仿真器；USB口下載時(shí)則需要在硬件上增加轉(zhuǎn)換芯片，并要開(kāi)發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)及上位機(jī)軟件。而通過(guò)串口下載，僅需復(fù)用原有的串口，無(wú)需另增驅(qū)動(dòng)。不僅可以減少成本支出，而且可以提高產(chǎn)品的可靠性[1]。

3 本方法的設(shè)計(jì)

STM32有三種啟動(dòng)方式，通過(guò)管腳BOOT0和BOOT1設(shè)置，兩個(gè)管腳在芯片復(fù)位時(shí)的電平狀態(tài)決定了芯片復(fù)位后從哪個(gè)區(qū)域開(kāi)始執(zhí)行，其對(duì)應(yīng)啟動(dòng)模式如下表：

從上表可以看出，STM32通過(guò)配置BOOT0的高低點(diǎn)配來(lái)配置芯片是處于串口下載模式或是工作模式。在很多實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)來(lái)配置BOOT0的電平，或是通過(guò)串口的DTR和RST信號(hào)，配合上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)下載。

本方法設(shè)計(jì)了一個(gè)全新的下載電路，通過(guò)可控硅控制BOOT0的電平狀態(tài)，來(lái)自動(dòng)切換STM32的啟動(dòng)方式，不需要用戶(hù)手動(dòng)切換，不需要特殊的上位機(jī)軟件，可以非常方便地下載代碼。

3.1設(shè)計(jì)思路

本方法的設(shè)計(jì)思路如下圖所示，利用STM32通過(guò)設(shè)置BOOT0實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)方式切換的特性，自定義串口下載命令，實(shí)現(xiàn)串口自動(dòng)下載代碼。

3.2硬件設(shè)計(jì)

本設(shè)計(jì)選用可控硅MCR100-6做控制BOOT0電平的開(kāi)關(guān)。可控硅具有導(dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)狀態(tài)，利用這個(gè)特性可用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。其狀態(tài)切換條件如下表：

可控硅及復(fù)位信號(hào)的連接方法如下圖所示。BOOT0接至可控硅的陰極K并拉低，陽(yáng)極A加3.3V正向電壓，控制極G接至STM32的GPIO腳。當(dāng)STM32收到燒寫(xiě)命令時(shí)，第一步把GPIO置高，控制極G為高，此時(shí)陽(yáng)極A電位與陰極K低阻導(dǎo)通，BOOT0被拉高；第二步把GPIO1置低，復(fù)位信號(hào)NRST拉低，STM32復(fù)位重新啟動(dòng)，BOOT0和NRST保持高電平，此時(shí)STM32成功進(jìn)入燒寫(xiě)模式。燒寫(xiě)結(jié)束后斷電重啟，STM32重新進(jìn)入工作模式[2]。

3.3軟件設(shè)計(jì)

自定義下載命令“$DHLCD，1*”及下載標(biāo)志位“ucFlag_Load=0”。串口收到燒寫(xiě)命令時(shí)，將標(biāo)志位ucFlag_Load置1，程序跳轉(zhuǎn)至BOOT0、復(fù)位信號(hào)設(shè)置處，進(jìn)入燒寫(xiě)模式。代碼如下所示：

4 本方法的優(yōu)點(diǎn)

利用本方法可以實(shí)現(xiàn)STM32串口的自動(dòng)下載，無(wú)需另設(shè)撥碼開(kāi)關(guān)；成本低廉，方法簡(jiǎn)單易行，代碼容易實(shí)現(xiàn)。不需要單獨(dú)開(kāi)發(fā)驅(qū)動(dòng)及上位機(jī)軟件，只需要使用ST官網(wǎng)提供的ISP下載軟件，即可以實(shí)現(xiàn)代碼自動(dòng)燒寫(xiě)。

5 結(jié)論

本文在簡(jiǎn)要分析STM32下載代碼及啟動(dòng)方式的基礎(chǔ)上，提出了利用可控硅的開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)串口自動(dòng)下載的方式，并從硬件及軟件兩個(gè)方面對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行論述。本方法已在實(shí)際產(chǎn)品中加以運(yùn)用，取代了原先采用撥碼方式實(shí)現(xiàn)狀態(tài)切換的方法。實(shí)踐證明，本方法簡(jiǎn)單易行，穩(wěn)定可靠。

參考文獻(xiàn)：

[1] 蒙博于.STM32自學(xué)筆記[M].2版.北京航空航天大學(xué)出版社，2014.

[2] 張洋，劉軍.原子教你玩STM32（庫(kù)函數(shù)版）[M].2版.北京航空航天大學(xué)出版社，2015.