关键词: USB
在日常的开发调试中，我们常常使用J-Link等下载器来为MCU下载程序。今天，通用电路抄作业，分享一个可以一键自动下载的调试器，也是USB转TTL串口自动下载电路。
什么是自动下载呢？自动下载就是ISP（In-System Programming）在系统可编程，指电路板上的带引导代码的空白器件可以编程写入最终用户代码，通过单片机专用的编程接口（一般是串口等）对MCU内部的用户区Flash存储器进行在线编程。
除了日程调试可以使用之外，这种自动下载方式更适合批量生产烧录，固件远程OTA升级。大家熟悉的MCU，像STM32系列、ESP32/ESP8266、Arduino、NXP LPC系列以及很多国产的MCU，都是支持的。
我们以STM32F103单片机为例，STM32单片机的芯片手册里面关于引导模块的描述，是通过配置BOOT[1:0]引脚，来实现三种不同的模式：
最后一种，就是ISP自动下载模式了。
知道了ISP启动条件，就可以设计一键下载电路了。
我们设计的这个电路，通过USB转TTL串口，在PC端通过串口下载工具，把固件下载到MCU中，MCU通过BOOT1/0 组合设置为ISP启动模式，MCU运行内置的引导程序，这个内置的引导程序是出厂就写好的，无法修改，只能读取。这个程序可以把串口接收到的 hex 文件写到用户区 0×08000000 开头的 Flash 中，从而实现用户固件下载的功能。
串口自动下载器主要由以下电路组成：
1.电源电路:
通过J1的TYPE-C接口输出VBUS-5V通过可恢复熔丝F1以及C2，C3滤波电容，为FT232RL提供稳定的5V电压直流电，R1和D1是LED指示灯，方便观察是否有5V输入，这里的可恢复熔丝F1为一级电源保护，一级电源转换是VBUS-5V通过AMS1117-3.3 LDO转出3.3V为外设提供稳定的直流电；
2.USB转TTL-UART电路:
使用的是大家都熟悉的FT232接口芯片，这款芯片工作稳定，并自带了RXD/TXD收发引脚状态输出，正好我们可以使用个收发状态输出功能，增加串口数据收发LED指示灯D2/D3，这样方便我们更直观看到接受和发送数据；D4/D5为BAV99 二极管保护电路，在这里是起到钳位保护作用，防止RXD/TXD引脚的电压过高，避免过高电压损坏接口芯片。
3.外置接口：
这块由J2/J4/J6三个2.54mm排针，用来连接外设如STM32的开发板或者核心板的电源和BOOT0以及RESET完成对单片机的串口程序下载；
4.一键自动下载电路:
由Q1/Q2/D4/R10/R11组成，通过串口转USB接口芯片FT232的DTR#和RTS#引脚，来控制一键下载电路，从而控制连接在电路上的STM32的RESET和BOOT0引脚的高低电平，引导STM32内置BootLoader程序进入ISP模式，配合STM32的BOOT0，RESET引脚，来达到通过串口一键下载和运行的效果，省去了购买仿真器的费用，下载程序也变得简单方便。
原理是：开发板默认BOOT1为0，BOOT0为0。要想STM32串口ISP下载模式开启，需要把BOOT0设置为1。此时RTS为低电平时，Q1三极管SS8550满足导通条件导通，3.3V电压通过Q1到BOOT0引脚拉成高电平，所以BOOT0输出高电平1，复位电路NRST默认为高电平，通过DTR复位STM32，使系统进入ISP模式，STM32系统存储器启动BootLoader，BootLoader程序ST自带的引导程序，通过BootLoader将程序从串口下载到Flash中；这样程序实际上是通过串口最终下载到了FLASH中，上位机自动控制RTS和DTR引脚，控制BOOT0和NRST，BOOT0置为0，NRST置为1，程序从flash启动。
接下来，就用实验验证我们设计的这个电路是否可行。
首先打开软件：
准备下载程序：
① 选择“端口Port”（FlyMcu会自动搜索FT232RL串口对应的端口），设置“115200bps”
② 选择“需要下载的程序文件”（编译生成的.hex文件）。
③ 勾选“编程前重装文件”，FlyMcu会在每次编程前，将.hex文件重新装载一遍，在代码调试的时候比较有用。
④ 勾选“编程后执行”，可以在下载完程序之后自动运行代码，无需再按复位键来运行代码，便于代码调试。
特别注意：不要勾选“使用 RamIsp”，使用 RamIsp 可能会导致无法正常下载。不要勾选“编程到 FLASH 时写选项字节”。
⑤ 在左下方选择“DTR的低电平复位，RTS高电平进BootLoader”，FlyMCU会通过DTR和RTS信号来控制板载的一键下载功能电路，实现一键下载功能。这个是必要的选项（在BOOT0接GND的条件下）。
设置完成之后，就可以下载了。
时间原因，我们只演示这一种应用，这个串口模块还可以为Arduino一键下载程序，还有串口调试等诸多功能！
