從入門到精通：USB轉TTL芯片的進階應用全解析

在日常的開發調試中，我們常常使用 J-Link 等下載器來為 MCU 下載程序。今天，通用電路抄作業，分享一個可以一鍵自動下載的調試器，也是 USB 轉 TTL 串口自動下載電路。

什么是自動下載呢？自動下載就是 ISP （ In-System Programming ）在系統可編程，指電路板上的帶引導代碼的空白器件可以編程寫入最終用戶代碼，通過單片機專用的編程接口（一般是串口等）對 MCU 內部的用戶區 Flash 存儲器進行在線編程。

除了日程調試可以使用之外，這種自動下載方式更適合批量生產燒錄，固件遠程OTA升級。大家熟悉的MCU，像STM32系列、 ESP32 / ESP8266 、Arduino、NXP LPC 系列以及很多國產的MCU，都是支持的。

我們以 STM32F103 單片機為例，STM32單片機的芯片手冊里面關于引導模塊的描述，是通過配置 BOOT[1:0] 引腳，來實現三種不同的模式：

最后一種，就是 ISP 自動下載模式了。

知道了 ISP 啟動條件，就可以設計一鍵下載電路了。

我們設計的這個電路，通過 USB 轉 TTL 串口，在 PC 端通過串口下載工具，把固件下載到 MCU 中， MCU 通過 BOOT1/0 組合設置為 ISP 啟動模式， MCU 運行內置的引導程序，這個內置的引導程序是出廠就寫好的，無法修改，只能讀取。這個程序可以把串口接收到的 hex 文件寫到用戶區 0 × 08000000 開頭的 Flash 中，從而實現用戶固件下載的功能。

串口自動下載器主要由以下電路組成：1. 電源電路:通過J1的TYPE-C接口輸出VBUS-5V通過可恢復熔絲F1以及C2，C3濾波電容，為 FT232RL 提供穩定的5V電壓直流電，R1和D1是LED指示燈，方便觀察是否有5V輸入，這里的可恢復熔絲F1為一級電源保護，一級電源轉換是VBUS-5V通過 AMS1117-3.3 LDO轉出3.3V為外設提供穩定的直流電；

2.USB轉TTL-UART電路:使用的是大家都熟悉的 FT232 接口芯片，這款芯片工作穩定，并自帶了 RXD/TXD 收發引腳狀態輸出，正好我們可以使用個收發狀態輸出功能，增加串口數據收發 LED 指示燈 D2/D3 ，這樣方便我們更直觀看到接受和發送數據； D4/D5 為 BAV99 二極管保護電路，在這里是起到鉗位保護作用，防止 RXD/TXD 引腳的電壓過高，避免過高電壓損壞接口芯片。

3.外置接口：這塊由 J2/J4/J6 三個 2.54mm 排針，用來連接外設如 STM32 的開發板或者核心板的電源和 BOOT0 以及 RESET 完成對單片機的串口程序下載；

4.一鍵自動下載電路:由 Q1/Q2/D4/R10/R11 組成，通過串口轉 USB 接口芯片 FT232 的 DTR# 和 RTS# 引腳，來控制一鍵下載電路，從而控制連接在電路上的 STM32 的 RESET 和 BOOT0 引腳的高低電平，引導 STM32 內置 BootLoader 程序進入 ISP 模式，配合 STM32 的 BOOT0 ， RESET 引腳，來達到通過串口一鍵下載和運行的效果，省去了購買仿真器的費用，下載程序也變得簡單方便。

原理是 ：開發板默認BOOT1為0，BOOT0為0。要想STM32串口ISP下載模式開啟，需要把BOOT0設置為1。此時RTS為低電平時，Q1三極管 SS8550 滿足導通條件導通，3.3V電壓通過Q1到BOOT0引腳拉成高電平，所以BOOT0輸出高電平1，復位電路NRST默認為高電平，通過DTR復位STM32，使系統進入ISP模式，STM32系統存儲器啟動BootLoader，BootLoader程序ST自帶的引導程序，通過BootLoader將程序從串口下載到Flash中；這樣程序實際上是通過串口最終下載到了FLASH中，上位機自動控制RTS和DTR引腳，控制BOOT0和NRST，BOOT0置為0，NRST置為1，程序從flash啟動。接下來，就用實驗驗證我們設計的這個電路是否可行。首先打開軟件：

準備下載程序：① 選擇“端口 Port ”（ FlyMcu 會自動搜索 FT232RL 串口對應的端口），設置“ 115200bps ”② 選擇“需要下載的程序文件”（編譯生成的 .hex 文件）。③ 勾選“編程前重裝文件”， FlyMcu 會在每次編程前，將 .hex 文件重新裝載一遍，在代碼調試的時候比較有用。④ 勾選“編程后執行”，可以在下載完程序之后自動運行代碼，無需再按復位鍵來運行代碼，便于代碼調試。特別注意：不要勾選“使用 RamIsp ”，使用 RamIsp 可能會導致無法正常下載。不要勾選“編程到 FLASH 時寫選項字節”。⑤ 在左下方選擇“ DTR 的低電平復位， RTS 高電平進 BootLoader ”， FlyMCU 會通過 DTR 和 RTS 信號來控制板載的一鍵下載功能電路，實現一鍵下載功能。這個是必要的選項（在 BOOT0 接 GND 的條件下）。設置完成之后，就可以下載了。

時間原因，我們只演示這一種應用，這個串口模塊還可以為 Arduino 一鍵下載程序，還有串口調試等諸多功能！