STC 纯硬件自动下载电路 - 三极管负脉冲电路

或者叫它延时上升电路。利用USB - TTL 芯片的RTS# 或者DTR# 信号让单片机自动断电复位。比较完整的串口电路参见：STC 串口下载电路 - CH340G USB转串口以及漏电隔离

原理

开门见山吧，搜了一圈好像没发现相同工作方式的电路。

注意Q3 是NPN，发射极向上画了，可能看着不太习惯。SW1 是手动触发的按键，并不必要。原理就是用PMOS 管控制单片机的供电C-VCC，电路触发时让单片机断电，然后自动重新上电，冷复位电路基本都这样。PMOS 管Q1 用R6 下拉默认保持导通状态。当PNP 三极管Q2 基极被下拉时，R6 上经过电流，电压上升，Q1 关断，单片机断电。用PNP 控制PMOS 的好处是未触发的时候这里不会有多余的电流。可以用SW1 按键手动下拉Q2 基极给单片机断电。

左半边NPN 三极管Q3 周围基本上是一个电容延时电路。UART-DTR# 是来自USB 芯片的信号，默认高电平，经过R8 和二极管D4 给电容C8 充电。R11 有分压的效果，但是阻值远大于R8，效果不明显。电容大致可以充到VCC - 0.6V，此时Q3 发射极是高电平，比基极还高，当然不导通。

当UART-DTR# 到低电平时，D4 反向截止，C8 不会从这里快速放电。Q3 基极现在是电容正极电压，接近VCC，发射极是低电平，所以Q3 导通，Q2 基极被拉低，PMOS Q1 关断，单片机掉电。这时C8 主要经过Q3 放电，基极电阻R10 限流延时。放电大概会上百毫秒，C8 放完电后Q3 截止，连带Q2 也截止，PMOS Q1 恢复导通，单片机上电。这就是延时自动上电的过程，反映到波形大概是这样：

另外，两个三极管能起到类似达林顿的效果，防止PMOS 不彻底关断。100k 电阻R11 用来给电容一个彻底放电的通道，同时下拉Q3 的基极，应该能起到抗干扰，避免误触发的效果。1M 电阻R9 是为了消除仿真自动上电时看到的一个负电压尖峰，大概和MOS 管的寄生电容有关，能量应该很小，不至于造成什么麻烦，但是总之加个电阻保平安。元件的型号都没有特殊要求，图里只是举例。因为RTS# 和DTR# 信号的行为差不多，所以把控制信号换成RTS# 也行。

受到评论启发，用MOS 管改了个升级版的简化电路：STC 纯硬件自动下载电路 V2，我自己以后应该只会用这个简化版了。

DTR# 和RTS# 信号

大部分自动下载的电路设计都和这两个串口信号有关，不光是STC 的电路会用。之前听说过RTS# 信号是下载开始给个负脉冲，那就直接把RTS# 接过来就行了，但是并不能~ STC-ISP 软件编程时DTR# 和RTS# 信号是全程低电平，下载结束才恢复。大部分串口助手软件默认也是开启串口时DTR# 和RTS# 都拉低，关闭时才拉高。所以直连的话单片机会一直断电，无法完成下载。

用stcgal 的下载信号举例，这是个开源的STC 单片机下载工具。D0 通道是RTS# ，D1 是DTR#：

可以看到两个信号是全程拉低的，STC-ISP 和这个一样。放大看的话两个信号还是稍有差异：

DTR# 相比RTS# 要滞后500us。这个行为stcgal 和stc-isp 也是统一的，所以也看到有人基于这个实现了另一种原理的自动复位，就是当RTS# 为低，而DTR# 为高时触发。这篇介绍的电路可能会无差别的被各种串口软件触发复位，相对来说这种原理可能更加稳定，避免一些串口助手开启串口时的信号产生干扰，但是也不是能完全避免，各种串口软件实现并不统一，反正多复位个几次也无所谓。另外推荐一下Coolterm，也是个串口助手，可以设置关闭DTR# 和RTS# 信号，这样就不会误触发复位了。

类似的，这两个信号有可能通过上位机设置来传递更专用的复位信号。比如stcgal 可以设置在下载时用DTR# 作为自动复位信号，如图：

下载开始后DTR# 信号被拉低了差不多500ms，然后自动恢复高电平。这样的话就可以直接DTR# 信号控制单片机断电上电，不需要多做处理。比方说stcgal 的文档里推荐用NMOS 管控制单片机的GND 来断电，栅极直接连接DTR#。用GND 开关是因为那样更彻底，不用考虑USB 芯片给单片机漏电导致断电不彻底的问题。但是~ 感觉这样一来单片机的地会飘起来，感性的认为这样可能对ADC 的精度不利[doge]。所以还是用PMOS 控制电源，USB 部分隔离处理一下就好了，可以参见STC 的文档。

注：电容放电时间过长

实际用的时候看到了和仿真不太一样的现象。如果延时电容C8 用的是电解电容，那么一切OK，但如果换成了陶瓷电容，就会发现很长时间后才能自动上电。测了一下电压，看到电容电压降到0.6V 以下后下降非常缓慢，此时左边的NPN 三极管Q3 大概是处于将断未断的状态，电容经过基极的放电电流很小，用电解电容没问题应该是因为电解电容漏电比较大，相当于并联了一个比较大的电阻到地。解决方案就是把R11 减小，换成10k，或者把电容换成1uF 应该也行。但是放电时间也不能太短，如果太短的话单片机掉电的时间就太短，可能无法正常触发掉电然后上电复位。按我自己板子上的经验，单片机掉电时间在500ms 左右比较好，如果小于200ms 效果就不可靠了。C8 使用了10uF 陶瓷电容，R11 用47k，测到掉电时间是四百多毫秒。