基于USB接口的烧录电路、虚拟现实头盔和MCU固件烧录方法与流程

本发明涉及电子电路技术领域，具体涉及一种基于USB接口的烧录电路、虚拟现实头盔和MCU固件烧录方法。

背景技术：

现有的电子设备为了降低成本和美观等设计需求，需要尽可能减少外露接口的设计，在此设计需求下，对于一些设置有MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)的电子设备，为更新电子设备的MCU固件，在烧录升级过程中，可以利用电子设备的USB接口进行烧录。

如中国发明专利(201310141942.7)公开了一种通过USB接口实现程序烧录的电路及存储器电路，其技术手段是通过搭建硬件电路，控制存储器芯片的程序烧录控制信号端的状态，使得外接设备(例如电脑)能够使用普通的USB接口，实现对存储器芯片进行空片软件升级。

然而，现有技术中复用USB接口来烧录固件，有时会出现软件被误烧写和阅读的情况，缺少针对烧录USB接口的保护功能。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述USB烧录接口缺乏保护功能，会造成软件被误烧写和阅读的问题，提出了本发明的一种基于USB接口的烧录电路、虚拟现实头盔和MCU固件烧录方法，以解决或者部分解决上述技术问题。

依据本发明的一个方面，提供了一种基于USB接口的烧录电路，所述USB接口的D-引脚通过第一开关元件接至MCU的SWIM引脚；所述USB接口的D+引脚通过第二开关元件接至MCU的复位引脚；所述USB接口的ID引脚电连接所述第一开关元件和第二开关元件；

当所述USB接口通过烧录线连接烧录器时，所述烧录器向所述ID引脚输入烧录控制信号，控制所述第一开关元件和第二开关元件的闭合或断开。

可选地，所述第一开关元件为第一NMOS管，所述第一NMOS管的漏极接至USB接口的D-引脚，并通过一上拉电阻接至电源端，所述第一NMOS管的源极接至MCU的SWIM引脚，并通过一上拉电阻接至电源端；所述第二开关元件为第二NMOS管，所述第二NMOS管的源极接至USB接口的D+引脚，并通过一上拉电阻接至电源端，所述第二NMOS管的漏极接至MCU的复位引脚，并通过一上拉电阻接至电源端；所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅极共同接至所述USB接口的ID引脚；

所述USB接口的ID引脚通过一下拉电阻接地，当ID引脚无烧录控制信号输入时为低电平，所述第一NMOS管和第二NMOS管截止；当所述USB接口通过烧录线连接烧录器时，所述烧录器向所述ID引脚输入高电平信号，控制所述第一NMOS管和第二NMOS管导通。

可选地，所述高电平信号为3.3V电压信号。

可选地，所述USB接口的D-、D+和ID引脚通过静电阻抗器接地，实现静电防护。

可选地，所述第一开关元件和第二开关元件为继电器或开关芯片。

依据本发明的另一个方面，提供了一种虚拟现实头盔，该头盔的USB接口设置有如权利要求1-5任一项所述的基于USB接口的烧录电路，当该头盔的USB接口连接USB充电线时对头盔进行充电，当该头盔的USB接口通过烧录线连接烧录器时，对头盔内的MCU进行烧录。

依据本发明的又一个方面，提供了一种MCU固件烧录方法，该方法包括：

将USB接口的D-引脚通过第一开关元件接至MCU的SWIM引脚；将USB接口的D+引脚通过第二开关元件接至MCU的复位引脚；将USB接口的ID引脚电连接所述第一开关元件和第二开关元件；

将USB接口通过烧录线连接烧录器，通过所述烧录器向所述ID引脚输入烧录控制信号，控制所述第一开关元件和第二开关元件的闭合或断开。

可选地，采用第一NMOS管为所述第一开关元件，将所述第一NMOS管的漏极接至USB接口的D-引脚，并通过一上拉电阻接至电源端，将所述第一NMOS管的源极接至MCU的SWIM引脚，并通过一上拉电阻接至电源端；

采用第二NMOS管为所述第二开关元件，将所述第二NMOS管的源极接至USB接口的D+引脚，并通过一上拉电阻接至电源端，将所述第二NMOS管的漏极接至MCU的复位引脚，并通过一上拉电阻接至电源端；

将所述第一NMOS管和第二NMOS管的栅极共同接至所述USB接口的ID引脚；

无烧录时，将所述USB接口的ID引脚通过一下拉电阻接地，使ID引脚处于低电平，控制所述第一NMOS管和第二NMOS管截止；烧录时，通过烧录线连接所述USB接口和烧录器，所述烧录器向所述ID引脚输入烧录控制信号使ID引脚处于高电平，控制所述第一NMOS管和第二NMOS管导通。

可选地，将所述USB接口的D-、D+和ID引脚通过静电阻抗器接地，实现静电防护。

可选地，采用继电器或开关芯片为所述第一和第二开关元件。

综上所述，本发明的烧录电路基于设备上已有的USB接口实现对MCU固件的烧录，通过设置开关电路，控制烧录通路的开关状态，采用ID引脚引入烧录控制信号，实现对烧录功能的使能控制，形成对MCU的保护，确保充电和烧录功能很好地分离，在充分利用设备已有接口实现烧录功能的基础上，避免了MCU的软件被误烧写，保证了MCU内软件的安全性，提高了电子设备的可靠性；对于应用了上述烧录电路的虚拟现实头盔，通过复用USB接口实现充电和烧录的双重功能，可以减少头盔上的接口数量，节省头盔设计的成本，同时获得更美观的外形，迎合用户的需求。

附图说明

图1为本发明烧录电路的设计构思框架图；

图2为本发明一个实施例提供的一种基于USB接口的具有烧录保护功能的MCU烧录电路结构示意图；

图3为本发明一个实施例提供的一种MCU烧录电路的具体实施方案；

图4为本发明一个实施例提供的一种虚拟现实头盔的结构示意图；

图5为本发明一个实施例提供的一种MCU烧录方法步骤流程图。

具体实施方式

本发明出于节约成本和改善设备外形的目的，在不增加外部接口的情况下，充分利用设备已有的充电接口，来构建对设备中MCU固件进行烧录的烧录电路，发明构思如图1所示，在设备已有的USB接口和MCU之间形成传输烧录信息的烧录通路，并在烧录通路上设计开关电路，从USB接口引入烧录使能信号，控制烧录功能的开启和关闭，防止在连接充电线时对MCU内软件的误烧写，使烧录电路具有保护功能。

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

图2为本发明一个实施例提供的一种基于USB接口的具有烧录保护功能的MCU烧录电路结构示意图。

如图2所示，一种基于USB接口的烧录电路，USB接口210的D-引脚通过第一开关元件220接至MCU230的SWIM引脚；USB接口210的D+引脚通过第二开关元件240接至MCU230的复位引脚；USB接口210的ID引脚电连接第一开关元件220和第二开关元件240；当USB接口210通过烧录线连接烧录器时(烧录线和烧录器未示出)，烧录器向ID引脚输入烧录控制信号，控制第一开关元件220和第二开关元件240的闭合或断开。

由于USB接口只有5个引脚，除了充电引脚VBUS和GND，还剩3个引脚D-、D+和ID脚，本设计分别为其分配了SWIM、复位和烧录使能信号。这样设计是由于USB线材的设计一般不使用ID引脚，或者将其接地处理。在本设计中，该ID引脚拉低时，烧录电路处于关闭状态。

本发明的烧录电路基于设备上已有的USB接口实现对MCU固件的烧录，通过设置开关电路，控制烧录通路的开关状态，采用ID引脚引入烧录控制信号，实现对烧录功能的使能控制，形成对MCU的保护，确保充电和烧录功能很好地分离，在充分利用设备已有接口实现烧录功能的基础上，避免了MCU的软件被误烧写，保证了MCU内软件的安全性，提高了电子设备的可靠性。

图3为本发明一个实施例提供的一种MCU烧录电路的具体实施方案。如图3所示，第一开关元件为第一NMOS管Q6，第一NMOS管Q6的漏极接至USB接口的D-引脚，并通过一上拉电阻R63接至电源端，第一NMOS管Q6的源极接至MCU的SWIM引脚，并通过一上拉电阻R34接至电源端；第二开关元件为第二NMOS管Q7，第二NMOS管Q7的源极接至USB接口的D+引脚，并通过一上拉电阻R64接至电源端，第二NMOS管Q7的漏极接至MCU的复位引脚，并通过一上拉电阻R1接至电源端；第一NMOS管Q6和第二NMOS管Q7的栅极共同接至USB接口的ID引脚。USB接口的ID引脚通过一下拉电阻R66接地，当ID引脚无烧录控制信号输入时为低电平，第一NMOS管Q6和第二NMOS管Q7截止；当USB接口通过烧录线连接烧录器时，烧录器向ID引脚输入高电平信号，控制第一NMOS管Q6和第二NMOS管Q7导通。

其中该USB接口为Micro USB接口，其第1引脚(VBUS)和第5引脚(GND)，作为充电接口，可以接受标准的USB线对该设备进行充电；第2引脚(D-)通过第一NMOS管Q6引到SWIM口，第3引脚(D+)通过第二NMOS管Q7引到MCU的复位引脚，第4引脚(ID)为烧录电路的使能引脚FW_UPDATE，当为其提供适当的高电平时就可以打开MCU的烧录接口。

其中，上拉电阻R63、R64、R34和R1为与其相连的信号提供一个可靠的电平，下拉电阻R66为使能引脚提供一个可靠的高电平。

本设计中，采用NMOS管作为开关元件，由于NMOS价格更为低廉，能够降低电路的成本。下面以单片机MCU连接J-l ink仿真器烧录为例，介绍如图3所示的烧录电路的工作原理：

当FW_UPDATE为高电平时，电路信号传输如下：

对于单总线SWIM，SWIM总线为双向通信，当数据流向为从J-l ink到MCU时，当J-l ink端SWIM信号为高电平，由于NMOS管Q6源极为高电平，NMOS管Q6管截止，MCU端SWIM为高电平；当J-l ink端MCU SWIM信号为低电平时，由于NMOS管Q6自动二极管导通的原因，NMOS管Q6的源极为低电平，即MCU端SWIM为低电平。

当数据流向为从MCU到J-Link时，当MCU端SWIM为高电平时，NMOS管Q6处在截止状态，由于NMOS管Q6漏极上拉到了高电平，NMOS管Q6也是截止状态，此时J-Link端SWIM为高电平；当MCU端SWIM为低电平时，NMOS管Q6导通，NMOS管Q6漏极为低电平，J-Link端SWIM为低电平。

这样当FW_UPDATE为高电平时，达到了NMOS管Q6两端电平的正确传递，SWIM可以正常通信。

对于复位信号NRST，当NMOS管Q7源极发出复位信号后(低电平)时，由于NMOS管Q7导通，此时NMOS管Q7漏极为低电平，此时MCU执行复位动作。当Q7源极为高电平时，NMOS管Q7截止，MCU端NRST被上拉到高电平，MCU停止复位。

这样当FW_UPDATE为高电平时，复位通路也可以正常通信。

反之，当FW_UPDATE为低电平时，NMOS管Q6和Q7均处于截止状态，信号通路被截断，不能正常通信。例如当SWIM总线信号流向为从MCU到J-link时，当NMOS管Q6源极为低电平时，NMOS管Q6截止，此时NMOS管Q6源极为高电平，其低电平不能有效传到J-link端，即不能正常进行SWIM通信。同理，从J-link发送的低电平复位信号也被截断，不能正常控制MCU复位。

可选地，烧录器通过ID引脚输入的高电平信号为3.3V电压信号。3.3V为电路设计中较常用的电压，可以方便地通过烧录器来提供，简化电路的设计。

优选地，如图3所示，USB接口的D-、D+和ID引脚通过静电阻抗器ESD12、ESD18和ESD24接地，实现静电防护，避免静电影响开关元件的正常工作或是危害电路的安全。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，第一开关元件和第二开关元件也可以为继电器或开关芯片。例如采用常开继电器，当有烧录控制信号输入时，切换为闭合状态，实现信号通路的导通，当然，还可以采用如PMOS管等其他类型的具有开关性能的元器件，只要能够实现对信号通路的开关切换即可。

本发明还公开了一种虚拟现实头盔，如图4所示，该头盔400的USB接口设置有上述的基于USB接口的烧录电路，当该头盔的USB接口连接USB充电线时对头盔进行充电，当该头盔的USB接口通过烧录线连接烧录器时，对头盔内的MCU进行烧录。

通常，该USB插孔为Micro USB，本身就具有小巧的特点，通过复用USB接口实现充电和烧录的双重功能，可以减少头盔上的接口数量，节省头盔设计的成本，同时获得更美观的外形，迎合用户的需求，且由于本申请的烧录电路采用ID引脚引入烧录控制信号，形成对MCU的保护，确保充电和烧录功能很好地分离，不会由于充电线连接造成头盔MCU软件的误烧写，使头盔的使用更加安全可靠。

基于相同的发明构思，本发明还公开了一种MCU固件烧录方法，如图5所示，该方法包括：

步骤S510，将USB接口的D-引脚通过第一开关元件接至MCU的SWIM引脚；将USB接口的D+引脚通过第二开关元件接至MCU的复位引脚；将USB接口的ID引脚电连接第一开关元件和第二开关元件。

步骤S520，将USB接口通过烧录线连接烧录器，通过烧录器向ID引脚输入烧录控制信号，控制第一开关元件和第二开关元件的闭合或断开。

本方法基于设备上已有的USB接口实现对MCU固件的烧录，通过设置开关电路，控制烧录通路的开关状态，采用ID引脚引入烧录控制信号，实现对烧录功能的使能控制，在充分利用设备已有接口实现烧录功能的基础上，避免了MCU的软件被误烧写，保证了MCU内软件的安全性，提高了电子设备的可靠性。

优选地，步骤S510中第一和第二开关元件的具体设置为：采用第一NMOS管为第一开关元件，将第一NMOS管的漏极接至USB接口的D-引脚，并通过一上拉电阻接至电源端，将第一NMOS管的源极接至MCU的SWIM引脚，并通过一上拉电阻接至电源端；采用第二NMOS管为第二开关元件，将第二NMOS管的源极接至USB接口的D+引脚，并通过一上拉电阻接至电源端，将第二NMOS管的漏极接至MCU的复位引脚，并通过一上拉电阻接至电源端；将第一NMOS管和第二NMOS管的栅极共同接至USB接口的ID引脚。

步骤S520的具体操作为，无烧录时，将USB接口的ID引脚通过一下拉电阻接地，使ID引脚处于低电平，控制第一NMOS管和第二NMOS管截止；烧录时，通过烧录线连接USB接口和烧录器，烧录器向ID引脚输入烧录控制信号使ID引脚处于高电平，控制第一NMOS管和第二NMOS管导通。

优选地，将USB接口的D-、D+和ID引脚通过静电阻抗器接地，实现静电防护，避免静电影响开关元件的正常工作或是危害电路的安全。

可选地，第一和第二开关元件为继电器或开关芯片。例如采用常开继电器，当有烧录控制信号输入时，切换为闭合状态，实现信号通路的导通，当然，还可以采用如PMOS管等其他类型的具有开关性能的元器件，只要能够实现对信号通路的开关切换即可。

综上所述，本发明的烧录电路基于设备上已有的USB接口实现对MCU固件的烧录，通过设置开关电路，控制烧录通路的开关状态，采用ID引脚引入烧录控制信号，实现对烧录功能的使能控制，形成对MCU的保护，在充分利用设备已有接口实现烧录功能的基础上，避免了MCU的软件被误烧写，保证了MCU内软件的安全性，提高了电子设备的可靠性；对于应用了上述烧录电路的虚拟现实头盔，通过复用USB接口实现充电和烧录的双重功能，可以减少头盔上的接口数量，节省头盔设计的成本，同时获得更美观的外形，迎合用户的需求。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。