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        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)

        2018-07-28 07:19:12季賽玲
        電腦知識(shí)與技術(shù) 2018年11期
        關(guān)鍵詞:可控硅

        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ARM Cortex-M3內(nèi)核的STM32F1,成為嵌入式芯片市場(chǎng)的最大贏家之一。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),擁有著超高性價(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ARM 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發(fā)環(huán)境。

        以STM32為應(yīng)用的產(chǎn)品線非常廣泛,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。功耗可以優(yōu)化,STM32各個(gè)外設(shè)都有自己獨(dú)立的時(shí)鐘開關(guān),可以通過關(guān)閉相應(yīng)的外設(shè)時(shí)鐘來(lái)降低功耗。開發(fā)成本極低,STM32支持SWD和JTAG兩種調(diào)試口,它的開發(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,并要開發(fā)相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)及上位機(jī)軟件。而通過串口下載,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,通過撥碼開關(guān)來(lái)配置BOOT0的電平,或是通過串口的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電平的開關(guān)??煽毓杈哂袑?dǎo)通和關(guān)斷兩種狀態(tài),相當(dāng)于開關(guān)的閉合與斷開狀態(tài),利用這個(gè)特性可用作無(wú)觸點(diǎn)開關(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)入燒寫模式。燒寫結(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。

        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.

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