ISP一键下载原理分析

ISP指电路板上的空白元器件可以编程写入最终用户代码，而不需要从电路板上取下元器件。已经编程的器件也可以用ISP方式擦除或再编程。
使用ISP的时候需要用到自举程序（BootLoader），自举程序存储在STM32器件的内部自举 ROM（系统存储器）中。其主要任务是通过一种可用的串行外设（USART、 CAN、 USB、 I2C等）将应用程序下载到内部Flash存储器中。每种串行接口都定义了相应的通信协议，其中包含兼容的命令集和序列。

ISP普通下载

现在我们针对USART1的ISP进行分析，通常的ISP下载的步骤如下：
1）通过USB转串口线将电脑连接到STM32的USART1，并打开电脑端的上位机；
2）设置跳线保持BOOT0为高电平， BOOT1为低电平；
3）复位单片机使其进入BootLoader模式，通过上位机下载程序；
4）下载完毕，设置跳线保持BOOT0为低电平， BOOT1为低电平；
5）复位单片机即可启动用户代码，正常运行。
以上步骤有个不好的地方就是：下载程序需要跳线及复位操作，很繁琐。理解了ISP的原理，就理解一键ISP了。它需要做的事情就是用上位机去控制BOOT0引脚和单片机的复位引脚，电路图见下图。

BOOT配置

在ISP下载电路中，需要配置BOOT引脚， BOOT引脚不同的配置会产生不同的启动方式，具体见下表。

ISP一键下载

USB转串口大家都很熟悉，一般是用RXD和TXD这两个引脚。在一键ISP电路中，我们需要用USB转串口的芯片的DTR引脚和RTS引脚来控制单片机的BOOT0和NRST，原理如下：
1）通过上位机控制U6（CH340G）的RTS引脚为低电平， Q1导通， BOOT0的电平上拉为高电平（1K电阻直接接在3V3，接地的时候10k电阻直接接地）。
2）通过上位机控制U6（CH340G）的DTR引脚为高电平，由于RTS为低电平， Q2导通， U18的2引脚为低电平， U18为一个模拟开关，使能端由4引脚控制，默认为高电平， U18的1引脚和2引脚导通，所以NRST为低电平，系统复位。
3）单片机进入ISP模式（即BOOT0和BOOT1引脚电平被锁存之后，改变他们的引脚也不影响），此时可以将DTR引脚设置为低电平， RTS设置为高电平。 Q1和Q2处于截止状态， BOOT0（原接地）和NRST（被拉高）还原到初始状态。
4）上位机将程序下载到单片机，下载完毕之后，程序自动运行。
5）有人认为U18、 Q1、 Q2是多余的，用U6的RTS和DTR直接控制也可以。正常情况下，这样理解没有问题，但是他们忽略了一点，就是在单片机上电瞬间，如果USB转串口连接了电脑， DTR和RTS的电平是变化的，如果处理不好，单片机会一直进入ISP模式，或者系统会复位多次，这种情况是不允许的。
6）于是，就有了全新的一键ISP电路。我们主要是分析上电瞬间的逻辑关系，单片机上电时通过示波器观察波形得知DTR和RTS的电平是变化的，但是也有一个规律就是：当RTS为低电平的时候，DTR也是低电平，因此一般情况下Q2不会导通，但由于这两个IO口的电平存在“竞争冒险”，会出现RTS的下降沿刚好遇到DTR的上升沿，这个时候Q2导通，导致系统复位，而BOOT0此时有可能也为高电平，就会进入ISP模式。这个是不受我们控制的，而我们不想系统出现这样的情况，因此加入了模拟开关来切断这种干扰。
7）加入模拟开关U18，通过控制U18的4引脚的开关来达到隔离干扰电平的目的。下面我们分析一下延时开关电路，上电瞬间，电容C65通过电阻R18来充电，由于电阻100kΩ 很大，电容的充电电流很小，电容充电达到U18的4引脚的有效电平2V大概耗时1秒，在这个1秒时间内U18的模拟开关是断开的，因此RTS和DTR的干扰电平不会影响到系统复位。这样就保证了系统正常运行。