免外围电路的单片机串口一键下载方案


一、概述

CH340X/N/K/CH343/CH342等USB转串口芯片可实现不同类型MCU串口一键下载功能,对于支持多模式启动的STM32Fxxx/CH32Fxxx/CH32Vxxx等系列、ESP系列等MCU,使用CH340X、CH343和CH342芯片时无需外围三极管等逻辑控制电路,将芯片提供的输出信号脚直连MCU的BOOT与RESET复位引脚即可实现MCU BOOT和APP模式的控制切换和固件下载。对于AVR系列,51系列等MCU,可使用小封装,内置防倒灌设计等功能的芯片型号。除USB转串口下载方案,相关方案还有:以太网远程一键下载、蓝牙无线一键下载方案等。

STM32Fxxx/CH32Fxxx/CH32Vxxx等系列MCU 


ESP32/8266等系列MCU

51系列MCU

二、方案特点

  • 电路精简可靠,串口上电、掉电、打开、关闭等操作均不影响MCU运行模式。

          传统一键下载电路需要2个三极管配合使用以保持BOOT常态低电平以及防止串口有动作时MCU误复位或误进BOOT下载模式。

  • 兼容MCU下载软件,无需修改。
  • 支持一键下载

           利用USB的热插拔特性和CH343PT插拔库函数,可在软件端实现插入后自动下载。

  • 提供QFN16、MSOP10、ESSOP10、SOP8等封装,还可定制封装。
  • CH343支持串口IO独立供电,可支持5V/3.3V/2.5V/1.8V等串口通讯,支持防向内电流倒灌。待机模式下最低功耗仅2uA。
  • CH340K内置双向防倒灌设计、CH340X和批号末3位大于B40的CH340C/N的IO支持5V耐压和防向内电流倒灌。

三、下载原理及电路说明

3.1 STM32Fxxx/CH32Fxxx/CH32Vxxx等系列MCU

MCU启动模式:

MCU为低电平复位,硬件上需要满足MCU复位后自动进入“串口下载”模式。下载时序示意图:

CH340X和MCU串口连接参照:

基于CH340X实现的32V/F系列MCU一键下载电路

CH340X芯片,6#脚外接3~5.6KΩ下拉电阻时会自动切换为增强DTR功能,引脚默认为输入状态,由下拉电阻保持为低电平,但可以由应用程序设置DTR引脚输出高电平或不输出,用于多模式MCU下载。

进行一键下载时,计算机端下载软件打开串口,先设置DTR(BOOT0)为高电平、设置RTS#(RESET)为低电平、再高电平,MCU自动复位进入BOOT下载程序。下载完成后,需恢复DTR为低电平、设置RTS#(RESET)为低电平、再高电平,MCU自动复位后正常运行应用程序。
注:

  • CH340X的6#外接的下拉电阻,建议4.7K。除用于CH340X启用DTR功能外,兼做MCU 的BOOT0下拉电阻。
  • CH340X的串口电压由芯片VCC供电电压决定,使用时需注意电压匹配 
3.2 ESP32/8266等系列MCU

ESP系列MCU启动模式:

MCU为低电平复位,硬件上需要满足MCU复位后自动进入“串口下载”模式。下载时序示意图:
 
CH340X/CH343P和MCU串口连接参照:

基于CH340X实现的ESP32/8266系列MCU一键下载电路

基于CH343P实现的ESP32/8266系列MCU一键下载电路

进行一键下载时,计算机端下载软件打开串口,先设置DTR#(IO0)为低电平、设置RTS#(EN)为低电平、再高电平,MCU自动复位进入BOOT下载程序。
注:

  • CH340X芯片,5#脚和6#脚之间串接3~5.6KΩ电阻时#6脚会自动切换为推挽输出的DTR#功能,引脚默认为强高电平,由应用程序设置DTR引脚输出高低电平。
  • CH340X的串口电压由芯片VCC供电电压决定,CH343的串口电压由芯片VIO供电电压决定,使用时需注意电压匹配