一种单片机串口升级装置及其电路的制作方法

本实用新型涉及一种串口升级装置，尤其涉及一种单片机串口升级装置，并涉及用于实现该单片机串口升级装置的电路。

背景技术：

单片机是目前电子类产品中应用最多的芯片方案，这其中又以STM32的单片机应用最为广泛，目前STM32单片机下载方式主要有2种，一种是通过J-LINK方式下载，一种是通过ISP下载，这两种下载方式对应的接口分别是SW接口和串口。

当设计产品的时候，通常会有几个阶段，第一阶段是打板调试阶段：这个阶段硬件工程师通常会把很多接口都引出了，特别是下载调试接口，一般会引出一些标准的座子以便调试下载；第二阶段是小批量阶段：这个阶段硬件工程师画板的时候都会引出测试点，然后制作相应的下载夹具，因为要考虑到量产的效率，夹具是最好的选择，量产的产品基本上就是处于第二阶段。

但是，实际生产过程中经常会遇到这样一个问题，因为量产之前一般都会有小批量试产的阶段，这个小批量试产的阶段是提供小批量的机器给客户实际场景中应用，然而小批量的机器往往还不是最稳定的机器，客户在测试的过程中还会有一些软件BUG，甚至有些BUG是不得不升级固件解决的，这时就遇到问题了，如果需要到现场升级就会非常麻烦，首先要带螺丝刀拆壳，拆完之后拿夹具下载，下载完之后再装壳；甚至于，如果没有带夹具，由于产品电路板引出的只是测试点，那么拆开壳之后还要一根一根手动焊接下载线，然后才能下载，下载完之后还要去掉焊接的下载线再装壳，这中间的步骤是非常繁琐的，进而导致升级效率极低，不仅有损公司形象，也大大增加了现场升级人员的数量，增加了人力物力等成本，拉长了产品的试产时间。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供一种能够解决现场升级的效率问题，进而在不需要拆壳的基础上就能实现轻松下载和升级的单片机串口升级装置，并提供用于实现该单片机串口升级装置的电路，旨在有效提高其单片机的升级效率，降低人力物力等成本，缩短产品的试产时间。

对此，本实用新型提供一种单片机串口升级装置，包括：供电模块、控制模块、BOOT0拉高电路、喇叭供电模块和串口通讯模块，所述供电模块、BOOT0拉高电路、喇叭供电模块和串口通讯模块分别与所述控制模块相连接，其中，所述控制模块通过所述供电模块和串口通讯模块引出下载接口，所述控制模块通过所述BOOT0拉高电路和喇叭供电模块引出供电接口。

本实用新型的进一步改进在于，所述下载接口的一端分别与所述供电模块和串口通讯模块相连接，所述下载接口的另一端通过下载线连接至电脑。

本实用新型的进一步改进在于，所述下载线包括USB转串口线和设备供电线。

本实用新型的进一步改进在于，所述下载线包括电源正极线、电源负极线、发射线和接收线。

本实用新型的进一步改进在于，所述供电接口通过5V供电线连接至外接设备的USB口。

本实用新型的进一步改进在于，所述5V供电线包括地线和下载启动控制线。

本实用新型的进一步改进在于，所述下载接口通过母头与所述下载线的公头相连接，所述供电接口通过公头与所述5V供电线的母头相连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述供电模块包括DC/DC电源转换电路和稳压电路，所述DC/DC电源转换电路通过稳压电路连接至所述控制模块。

本实用新型还提供一种单片机串口升级电路，所述单片机串口升级电路用于实现如上述的单片机串口升级装置。

本实用新型的进一步改进在于，所述BOOT0拉高电路包括MOS管Q4、电阻R54、电阻R53和电阻R69，所述MOS管Q4的D极通过电阻R54分别与所述电阻R53的一端和电阻R69的一端相连接，所述电阻R53的另一端接地，所述电阻R69的另一端连接至所述控制模块中单片机的BOOT0管脚，所述MOS管Q4的S极连接至供电端，所述MOS管Q4的G极连接至所述控制模块的稳压源。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：所述控制模块通过所述供电模块和串口通讯模块引出下载接口，所述控制模块通过所述BOOT0拉高电路和喇叭供电模块引出供电接口，这样，只要下载接口与下载线相连接，然后对供电接口进行供电就能够实现下载和升级，省去了拆壳、焊接下载线和去掉焊接的下载线以及装壳等步骤，下载效率显著提高，与每一台单片机需要经过拆壳焊线等3-5分钟的下载升级过程的现有技术相比，本实用新型每一台单片机只需要10秒左右就能够完成升级，并且无需携带夹具，因此，能够有效提高单片机的升级效率，降低人力物力等成本，且大大缩短了产品的试产时间。

附图说明

图1是本实用新型一种实施例的模块结构示意图；

图2是本实用新型一种实施例的结构示意图；

图3是本实用新型一种实施例的下载线的结构示意图；

图4是本实用新型一种实施例的5V供电线的结构示意图；

图5是本实用新型一种实施例的电路原理图；

图6是本实用新型一种实施例的BOOT0拉高电路的电路原理图；

图7是本实用新型一种实施例的供电模块的电路原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

如图1和图5所示，本例提供一种单片机串口升级装置，包括：供电模块1、控制模块2、BOOT0拉高电路3、喇叭供电模块4和串口通讯模块5，所述供电模块1、BOOT0拉高电路3、喇叭供电模块4和串口通讯模块5分别与所述控制模块2相连接，其中，所述控制模块2通过所述供电模块1和串口通讯模块5引出下载接口10，所述控制模块2通过所述BOOT0拉高电路3和喇叭供电模块4引出供电接口11。

其中，如图1、图5和图7所示，本例所述供电模块1优选包括DC/DC电源转换电路8和稳压电路9，所述DC/DC电源转换电路8通过稳压电路9连接至所述控制模块2。外部电源通过DC/DC电源转换电路8实现DC/DC转换之后输出4.2V给设备内部其他芯片供电，再通过稳压电路9实现LDO稳压到3.3V给控制模块2的STM32单片机供电。

本例所述控制模块2是单片机中STM32的最小系统和功能模块，该控制模块2的STM32正常工作需要的最小系统和一些其他功能接口，比如ADC检测和喇叭控制线等等。所述BOOT0拉高电路3在不需要升级时不起作用，在需要升级时通过外部供电线将BOOT0拉高，即所述BOOT0用于实现下载启动控制，所述BOOT0为下载引导线。所述串口通讯模块5用于与外部设备通过串口进行通讯。所述喇叭供电模块4给外部喇叭供电，通过单片机（如STM32单片机）控制电源开关。此外，本例还优选包括蓝牙通讯模块，所述蓝牙通讯模块用于实现与手机连接实现一些固定功能。

现有技术中，单片机的相关产品大多会在板内留有测试点，在工厂生产时用夹具下载，因为客户有体积要求，防水防尘要求，所以在结构上不方便开USB孔；这种情况下如果有整机在客户上手测试，一旦有问题需要升级，那么升级流程将非常复杂，要拆壳、焊线，完成后还得去掉焊线再装壳，本来用串口下载时间只要几秒钟，其他时间全部浪费在拆壳、焊线、拆线和装壳上，大概需要3-5分钟，而且这些都是需要手工完成的，效率非常低，严重影响解决问题的进度。

采用本例后，只需要在画PCB板时增加相应的电路，另外制作一根下载线6使之与所述单片机串口升级装置引出的下载接口10对接就能轻松下载，下载完成只需5-10秒钟，进而能够很好的解决了现场升级的效率问题，只需要通过一根与下载接口10相配合的下载线6就能轻松下载，不需要拆壳、焊线、拆线和装壳等繁琐的步骤，效率提升几十倍乃至上百倍。

本例所述单片机优选为STM32，该单片机在用ISP方式下载时，需要5根线VCC（3.3V）、GND、TX、RX还有一个BOOT0，在下载之前需要将BOOT0拉高才能进入下载模式，本例的第一个技术特点是通过在PCB板子上增加一部分硬件电路，包括BOOT0拉高电路3，在需要下载时将BOOT0拉高，因为其他4根线VCC、GND、TX、RX都有外部接口，不需要在板子上再增加硬件电路。第二个技术特点是针对产品引出的下载接口10，要制作相应的下载线6。本例对于下载线6中的要求是包含能下载的串口线、电源线和地线，同时需要包含一个能将BOOT0拉高的接口。

本例的产品结构如图2所示，其配套的下载线6和5V供电线7的结构示意图分别如图3和图4所示；如图5所示，本例所述下载接口10的一端分别与所述供电模块1和串口通讯模块5相连接，所述下载接口10的另一端通过下载线6连接至终端设备，该终端设备优选为电脑；其中，所述下载接口10包括了电源线、地线、串口的TX和RX，该电源线连接的是供电模块1的VIN（TP5）,该地线连接的是供电模块1的GND（TP6），该串口的TX连接的是串口通讯模块5的URXD(TP24)，该串口的RX连接的是串口通讯模块5的UTXD(TP23)。

本例所述下载线6的实现方式如下：由上可知，STM32等单片机通过ISP方式下载需要5根线，正负极给单片机供电，TX和RX两根线是下载线，BOOT0是下载引导线，当BOOT0为高电平时进入下载模式。本例通过BOOT0拉高电路3已经解决了BOOT0拉高的问题，接下来的问题就是解决其他4根线，因为产品和外界通讯的方式就是通过串口，所以串口不需要做其他处理，因此，本例需要将所述下载线6的接口设计成共用产品原有的接口线，如图2和图3所示。

也就是说，本例所述下载接口10里面一共4根线，电源正负极和串口的TX及RX，若下载接口10采用原有的母头接口线，则所述下载线6这边要对应的公头，也需要4根线和下载接口10的母头中的4根线一一对应；本例所述下载线6包括USB转串口线和设备供电线，即所述下载线6包括电源正极线12、电源负极线13、发射线和接收线。所述电源正极线12和电源负极线13通过公头之后单独引出接15V，该产品内部有DC/DC电源转换电路8降到3.3V之后再给控制模块2的单片机供电；因为TX和RX的另一端需要接电脑，通过专用的下载软件才能下载，所以TX和RX另一端通过下载线6接在一个USB转串口的头子上，将现有USB 5V供电线剪掉，然后直接连接电脑即可。如下图3所示。

本例所述供电接口11包括有3根线：一根地线、一根SPK功能线和一根供电线，供电线不用，而SPK功能线用于实现下载启动控制，直接连接至单片机的IO口，如图5所示；因此，本例所述5V供电线7这边只需要接SPK和地线，即本例所述5V供电线7包括地线和下载启动控制线，实际上，所述5V供电线7就是下载启动控制器，另一端接USB头的正负极就可以，下载时直接接在电脑上就可以得到5V电压，如下图4所示。所以，本例所述供电接口11通过5V供电线7连接至外接设备的USB口，该外接设备的USB口指的是能提供5V电压的USB口，比如电脑的USB口等。

在实现过程中，本例所述下载接口10通过母头与所述下载线6的公头相连接，所述供电接口11通过公头与所述5V供电线7的母头相连接。这样设置的原因在于，现在的单片机串口是母头，因此，可以利用现有的接口，在下载线6这边配上与所述下载接口10的母头相配套的公头即可；另一方面，为了避免接线时出错，本例还进行了防呆设计，所述供电接口11通过公头实现，所述5V供电线7这边就设置与供电接口11的公头相配套的母头，这样能够在充分利用现有接口的基础上，再进一步提高其升级效率，防止接线出错，详细的如图2至图5所示。

因此，本例的接线、下载和升级步骤如下：第一、先将图4中5V供电线7一端连接至电脑，另一端连接至的图2中供电接口11，该供电接口11为3芯接口线；第二、将图3的下载线6的一端连接至电脑，另一端连接至图2中的下载接口10，该下载接口10为4芯接口线；第三、将所述供电模块1的直流电源调到15V，连接至图3中下载线6的电源正极线12和电源负极线13，及连接至其正负极（在实际应用中可以采用红黑线）；最后，在电脑上打开下载软件，点击下载进行升级即可。

如图5至图7所示，本例还提供一种单片机串口升级电路，所述单片机串口升级电路用于实现如上述的单片机串口升级装置。

如图6所示，本例所述BOOT0拉高电路3包括MOS管Q4、电阻R54、电阻R53和电阻R69，所述MOS管Q4的D极通过电阻R54分别与所述电阻R53的一端和电阻R69的一端相连接，所述电阻R53的另一端接地，所述电阻R69的另一端连接至所述控制模块2中单片机的BOOT0管脚，所述MOS管Q4的S极连接至供电端，该供电端用于实现供电进而控制启动，因此，优选直接连接至所述下载启动控制线；所述MOS管Q4的G极连接至所述控制模块2的稳压源，即连接至所述控制模块2中3.3V稳压源。

由图5和图6所示的电路图可知，下载时要将BOOT0拉高，所以本例使用一个MOS管Q4左右开关作用，当SPK网络电压大于3.3V，且VSPK-3.3V大于MOS管Q4的导通电压时，那么BOOT0的电压将是Vspk通过电阻R53和电阻R54分到的电压，这样就达到了将BOOT0拉高的效果。SPK就是连接至所述单片机的下载启动控制管脚，即用于实现下载启动控制，而该下载启动控制管脚为单片机的普通IO口。

本例所述BOOT0拉高的实现方式如下：首先BOOT0默认是低电平，所以升级的时候必须想办法外部拉高，但是又不能破坏产品整体结构，所以想到了共用产品本身的功能接口；要实现BOOT0从低电平变为高电平，外部肯定需要电压，因为STM32等单片机工作电压是3.3V，外部电压不能超出太多，还要保证很容易得到该电压，所以想到了USB的5V电压，单片机的端口也能承受住不至于烧掉，这样外部电压的问题也被解决了；接下来就是实现BOOT0从低电平变为高电平，再结合MOS管的电平转换作用，如图6所示，采用一个P-MOS管Q4，图5和图6中，SPK为的单片机的IO口，该单片机的IO口用于实现下载启动控制管脚，SPK连接到MOS管源极（S极），同时SPK也是连接单片机和外部的功能线，3.3V连接到MOS管栅极（G极），3.3V在板内很容易得到，因为单片机供电电压就是3.3V。栅极（D极）通过电阻R53和电阻R54串联到地，BOOT0接在电阻R53和电阻R54两个分压电阻中间。由P-MOS开关特性可知，当VGS≥0时，MOS管Q4不导通，当VGS<门限导通电压时，MOS管Q4导通，下图MOS管门限导通电压是0.62V。在正常使用的情况下，SPK最高电压是3.3V，所以MOS管Q4不导通，BOOT0默认还是低电平；当需要升级时，SPK的电压是通过USB的5V输入，此时MOS管Q4导通，再通过电阻R53和电阻R54分压使BOOT0电压拉高，至此BOOT0的电平拉高问题也得以有效解决。

综上，本例所述控制模块2通过所述供电模块1和串口通讯模块5引出下载接口10，所述控制模块2通过所述BOOT0拉高电路3和喇叭供电模块4引出供电接口11，这样，只要下载接口10与下载线6相连接，然后对供电接口11进行供电就能够实现下载和升级，省去了拆壳、焊接下载线6和去掉焊接的下载线6以及装壳等步骤，下载效率显著提高，与每一台单片机需要经过拆壳焊线等3-5分钟的下载升级过程的现有技术相比，本例每一台单片机只需要10秒左右就能够完成升级，并且无需携带夹具，因此，能够有效提高单片机的升级效率，降低人力物力等成本，且大大缩短了产品的试产时间。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。