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用硬件实现单片机自动下载程序资料下载
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2021-04-20
王杰
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摘要：STC单片机具有方便的ISP串口下载程序的功能，无需购买专用的编程器;然而在反复调试程序的过程中，每次下载都需要冷启动就令人厌烦了，同时还缩短了开关原件的寿命;为此笔者研发了一种完全用硬件实现单片机自动冷启动的电路，实现一键下载程序，明显的降低了硬件成本，减小了操作难度，并且不占用单片机的串口。
1.基本原理
进行STC下载时，需要使用官方提供的STC-ISP软件;使用国产的ch340g芯片作为USB转TTL的芯片，其引脚如下图。第13和14引脚为MODEM联络信号输出引脚，受到STC-ISP下载软件的控制，默认为高电平，点击下载时变为持续的低电平，下载完成又变回高电平。
用MODEM联络信号引脚的下降沿作为触发信号，硬件电路检测到下降沿时给单片机断电一段时间，然后上电，即实现自动冷启动。
2.具体硬件电路
Ch340g的下载电路在此不做赘述，值得注意的是二极管D1使用肖特基二极管或者开关管1n4148，确保单片机彻底断电。
下面主要讲解自动冷启动部分，将RTS或者DTR引脚作为信号的输入端，由于两个引脚在下载时都会跳变为低电平，因此可以任意选择一个引脚;使用一个10uf的钽电容C4用于耦合输入信号，只有电平跳变时有信号通过，后级电路主要由三个NPN三极管组成，笔者使用的是贴片的SS8050三极管，允许通过1.5A的电流，完全可以满足单片机供电的需求;其中两个三极管作为单稳态振荡电路的组件，一个三极管作为电子开关，控制单片机的通断电。
对电路进行分析，未点击下载时，RTS/DTR为高电平，无信号通过耦合电容C4，单稳态多谐振荡器处于稳态，3Q1饱和而Q2截止，单稳态振荡电路输出端(R8)为高电平，Q3饱和导通，对单片机处于供电状态;点击下载时，RTS/DTR迅速跳变为低电平，电平跳变时相当于交流电，通过耦合电容R4，输入一个负向脉冲信号到Q1的b极，Q1截止，Q2导通，振荡电路输出低电平，Q3截止，单片机断电，同时脉冲信号经电容C6耦合使Q1的b极电压下降，形成正反馈，振荡电路处于非稳态;经电容C6通过电阻R6放电，电路回到稳态。
分析知非稳态时间即断电时间受到R6和C6的大小影响，计算式为：
非稳态时间 T=0.7*R6*C6
按照图中参数断电时间约为0.5秒
下图为ch340g下载电路图
下图为自动冷启动电路图
3.优势与缺点
目前常见的两种自动下载方式存在的问题：
*1使用STC15F014W单片机检测串口下载命令流——电路体积较大，自动下载部分硬件成本高，约为1.3元，由于STC15单片机没有原生串口，需要用软件模拟串口，代码较为复杂，对于下载波特率有限制，有一定的失败率;
*2使用51单片机自带的串口检测下载命令流——每次写程序都要加入自动下载检测代码，操作复杂，占用了单片机的串口功能，往往是复杂的程序才需要反复调试，占用了串口对于单片机的使用造成了较大的困扰;
本设计的优势在于，使用纯硬件电路实现自动冷启动，硬件系统工作比软件可靠，自动下载部分硬件成本极低，约为0.4元(钽电容可用普通瓷片电容代替)，电路体积小，使用的三极管均为常见的SS8050三极管，材料易得，电路较为简单，便于DIY;硬件电路响应速度快，不用等待检测下载命令，成功率高，可靠性高，笔者一次调试成功后下载失败率几乎为0;
设计缺陷：由于下载模块上电时，计算机与ch340g联络通信，RTS/DTR引脚会在4秒左右的时间内高低电平反复跳变，同样会触发冷启动电路，如果此时自动下载电路连接了单片机，会导致单片机反复通断电三次，影响使用体验，笔者进行优化设计后未取得明显效果，故在此不做处理;
另附笔者焊接的自动下载模块如下图，电路较为紧凑
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(mbbeetchina)
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