CN210605683U - 一种单片机程序在线升级工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单片机程序在线升级工具，包括主控芯片、USB接口、降压模块、升级程序存储模块、单片机存储模块、按键模块及串口；USB接口通过降压模块与主控芯片电连接，主控芯片分别与升级程序存储模块、单片机存储模块、按键模块、串口电连接；通过USB接口将上位机中待升级的程序文件传输到升级程序存储模块中，按键模块触发升级操作指令并传输给主控芯片，主控芯片根据触发的升级操作指令读取升级程序存储模块内存储的待升级程序文件，并控制串口将待升级程序文件传输给待升级产品。本实用新型提供的在线升级工具占用空间小，方便携带，成本低，且售后现场操作不需要电脑配合，使用范围广。

Description

一种单片机程序在线升级工具

技术领域

本实用新型涉及单片机升级技术领域，具体涉及一种单片机程序在线升级工具。

背景技术

传统的单片机程序在线升级方式分为有线方式和无线方式两种。

其中，有线方式是通过RS232/RS485/UART直接与上位机相连，通过串口直接向单片机发送更新数据。该方式优点是有线传输数据稳定，升级成功率较高，缺点是需要上位机配合，不方便售后现场操作。

而无线方式一般配有GPRS模块，通过GPRS无线网络连接到上位机服务器，在远程即实现升级操作。该方式不需要到现场，更加便捷，适用于设备安装分散或远距离的场合，但缺点是成本较高，适用场景较窄。

实用新型内容

为解决上述技术缺陷，本实用新型采用的技术方案在于，提供一种单片机程序在线升级工具，包括主控芯片、USB接口、降压模块、升级程序存储模块、单片机存储模块、按键模块及串口；所述USB接口通过所述降压模块与所述主控芯片电连接，所述主控芯片分别与所述升级程序存储模块、所述单片机存储模块、所述按键模块、所述串口电连接；

通过USB接口将上位机中待升级的程序文件传输到升级程序存储模块中，按键模块触发升级操作指令并传输给主控芯片，主控芯片根据触发的升级操作指令读取升级程序存储模块内存储的待升级程序文件，并控制串口将待升级程序文件传输给待升级产品。

所述单片机程序在线升级工具还包括用于显示程序升级相关信息的显示模块，所述显示模块与所述主控芯片电连接。

所述单片机程序在线升级工具还包括用于灯光指示升级状态的灯光指示模块，所述灯光指示模块与所述主控芯片电连接。

进一步地，所述单片机程序在线升级工具还包括用于声音提示升级状态的声音提示模块，所述声音提示模块与所述主控芯片电连接。

进一步地，所述单片机程序在线升级工具还包括壳体，所述主控芯片、USB接口、降压模块、单片机存储模块、按键模块、串口、显示模块、灯光指示模块及所述声音提示模块均设置在所述壳体内，所述壳体上开设有用于插接所述升级程序存储模块的卡槽，所述升级程序存储模块插接在所述卡槽内，且所述壳体上开设有供所述USB接口、所述串口与外部连接的通孔。

进一步地，所述壳体包括上壳体和下壳体，所述上壳体的边角内侧设置有多个第一插接柱，且所述第一插接柱垂直上壳体设置，所述下壳体的边角内侧设置有多个第二插接柱，所述第二插接柱的中心设置有与所述第一插接柱相匹配的插接槽，所述上壳体和下壳体通过第一插接柱和第二插接柱可拆卸扣合拼接，所述卡槽设置在所述下壳体的外侧面上。

进一步地，所述壳体呈矩形且所述壳体的四个角均设有圆角，所述壳体的左上角和右下角圆角弧度相同，所述壳体的左下角和右上角的圆角弧度相同，且所述壳体的右下角的圆角弧度大于右上角的圆角弧度；所述主控芯片安装在所述壳体的正中部，所述显示模块安装在所述壳体的中上部且横向延伸布置，所述USB接口安装在所述壳体的左端，所述串口与所述USB接口相对布置并安装在所述壳体的右端，所述按键模块靠近圆角弧度较大的壳体的右下角安装。

进一步地，所述显示模块为OLED显示屏。

进一步地，所述升级程序存储模块为SD卡。

进一步地，所述主控芯片为STM32F401RCT6芯片。

与现有技术比较本实用新型技术方案的有益效果为：

1、本实用新型的单片机程序在线升级工具内置USB接口和升级程序存储模块，通过USB接口与上位机连接，在上位机端虚拟一个U盘，将待升级的程序文件复制到升级程序存储模块中，携带至其他升级场景时，不需要再连上位机，可直接通过串口与待升级的产品连接，此时进行按键模块操作，待升级产品通过读取存储在升级程序存储模块内的升级程序从而完成程序升级操作，显示模块在升级过程中显示程序升级的相关信息。在线升级工具占用空间小，方便携带，成本低，且售后现场操作不需要电脑配合，使用范围广。

2、壳体由上下两部分拼接而成，方便整个工具的组装和维修，右下角为圆角弧度设计，在用户使用时有利于增强用户握持时的舒适性；且右下角圆角弧度大于右上角圆角弧度，在保证边角圆滑的情况下内部余留的安装空间更多；对角的圆角弧度相同使整个壳体形状对称，更具美观度。主控芯片安装在中部，方便与各组件连接，有利于规范布线，显示模块安装在中上部，贴合了人体常见的视觉区域，使用户在观察信息时更加直观，USB接口和串口相对布置，后续操作升级时两端分开接线不会产生干涉，按键靠近圆角弧度较大的右下角安装，符合人体工学设计，按压操作时更为舒适。

3、除了通过显示模块显示升级信息，还设置灯光指示模块和声音提示模块，用灯光和声音指示升级状态，以增多升级工具的适用范围和缩短操作人员的响应时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例提供的单片机程序在线升级工具的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的主控芯片与串口连接的电路原理图；

图3是本实用新型实施例提供的升级程序存储模块的电路原理图；

图4是本实用新型实施例提供的降压模块的电路原理图；

图5是本实用新型实施例提供的声音提示模块的电路原理图；

图6是本实用新型实施例提供的单片机存储模块、按键模块、灯光指示模块的电路原理图；

图7是本实用新型实施例提供壳体内各元器件的分布位置图；

图8是图7中壳体的A-A线剖视图。

其中，附图标记为：

1、主控芯片，2、USB接口，3、降压模块，4、升级程序存储模块，5、单片机存储模块，6、按键模块，7、串口，8、显示模块，9、灯光指示模块，10、声音提示模块，11、壳体，12、上壳体，121、第一插接柱，13、下壳体，131、第二插接柱，132、插接槽，14、加强筋。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

请参阅图1、图2和图3所示，本实用新型提供了一种单片机程序在线升级工具，包括主控芯片1、USB接口2、降压模块3、升级程序存储模块4、单片机存储模块5、按键模块6及串口7；USB接口2通过降压模块3与主控芯片1电连接，主控芯片1分别与升级程序存储模块4、单片机存储模块5、按键模块6、串口7电连接；通过USB接口2将上位机中待升级的程序文件传输到升级程序存储模块4中，按键模块6触发升级操作指令并传输给主控芯片1，主控芯片1根据触发的升级操作指令读取升级程序存储模块4内存储的待升级程序文件，并控制串口7将待升级程序文件传输给待升级产品。

主控芯片1用于通过USB接口2下载上位机中待升级的程序文件，然后存储到升级程序存储模块4中，并根据获取的按键模块6的操作指令，通过串口7读取并将升级程序存储模块4内存储的待升级的程序文件传输给待升级产品。USB接口2用于给升级工具提供外置电源及与上位机进行数据传输；降压模块3用于将USB接口2输入的5v电压降到3.3v电压以给整个升级工具提供稳定电压。升级程序存储模块4用于存储并读取待升级的程序文件，单片机存储模块5用于存储主控芯片1中的配置参数信息，与升级程序存储模块4分区存储且存储的信息之间互不影响，可提高在线升级的速度和系统的安全性。按键模块6用于触发升级操作指令信号。串口7，用于将待升级的程序文件传输给待升级产品。

优选地，主控芯片1为STM32F401RCT6芯片，串口7为10PIN下载接口。

如图2所示，U1为STM32F401RCT6芯片，U2为SPX3819M5-L-3-3芯片，U3为W25QXX芯片，Y1为贴片晶振，P2为与待升级设备连接的串口通信引脚，起到传输数据的作用，即串口9；P3为单片机程序下载的接口，J2为USB接口，J3为蜂鸣器，SIP1为OLED显示屏，SD1为SD卡，D1为双色LED灯，S1为按键。

如图2所示，主控芯片U1与串口P2的连接关系如下，STM32F401RCT6芯片U1A板上的PA0-WKUP引脚、PB4-PB5、PB8-PB9引脚分别与P2的引脚2、引脚10、引脚8、引脚6、引脚4对应连接，STM32F401RCT6芯片U1A板上的PB6-PB7引脚分别与P2的引脚9、7对应连接，P2的引脚1接5v电压，P2的引脚3接3.3v电压，P2的引脚5接地。

如图2所示，晶振芯片Y1用于给STM32F401RCT6芯片提供时钟信号输入功能，主控芯片2与晶振芯片的连接关系如下，STM32F401RCT6芯片U1A板上的PH0-OSC_IN引脚、PH1-OSC_OUT引脚分别与Y1芯片的OE引脚、OUT引脚对应连接，Y1芯片的OE引脚与接地端之间串联有一电容C2，Y1芯片的OUT引脚与接地端之间串联有一电容C3，Y1芯片的VDD引脚、GND引脚均接地，为了提高主控芯片2的处理速度，Y1选用25MHZ的贴片有源晶振片。STM32F401RCT6芯片U1A板上的BOOT0引脚接地，STM32F401RCT6芯片U1A板上的VCAP1引脚与接地端之间串联有一电容C4。

主控芯片2与单片机程序下载的接口的连接关系如下，STM32F401RCT6芯片U1A板上的NRST引脚与P3的引脚4连接，STM32F401RCT6芯片U1A板上的PA13-PA14引脚分别与P3的引脚1-引脚2对应连接，P3的引脚5连接3.3V电压，P3的引脚3接地。

主控芯片2与USB接口J2的连接关系如下，STM32F401RCT6芯片U1A板上的PA11-PA12引脚分别与J2的D-引脚、D+引脚对应连接，J2的VCC引脚接5v电压，J2的VSS引脚接地。

如图3所示，升级程序存储模块4包括SD卡、电容C15、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10，SD1的CMD引脚、DAT0引脚-DAT 2引脚、CD/DAT3引脚、CLK引脚分别与STM32F401RCT6芯片U1A板上的PD2引脚、PC8引脚-PC 12引脚对应连接，SD1的VCC引脚接3.3v电压，SD1的VSS引脚、引脚10-引脚13均接地，SD1的VCC引脚与SD1的VSS引脚之间串联一电容C15，SD1的DAT0引脚-DAT2引脚、CD/DAT3引脚、CMD引脚分别与3.3v电压之间串联有一电阻，且电阻分别为R9、R10、R6、R7、R8。只要SD卡内存储有待升级程序文件，USB接口3提供电源即可实现一键升级。

如图4所示，降压模块3包括降压芯片U2，有极性电容C16、电容C17、电容C18，U2芯片的VIN引脚、EN引脚均与5v电压连接，U2芯片的VOUT引脚与3.3v电压连接，U2芯片的VOUT引脚还与接地端串联一电容C17，U2芯片的GND引脚接地，U2芯片的VIN引脚、GND引脚之间并联有电容C16、C18，其中U2芯片的VIN引脚与C16的正极连接。降压芯片U2为低压差线性稳压器，优选SPX3819M5-L-3-3芯片。

如图6所示，单片机存储模块5包括FLASH存储器U3、电容C20，U3芯片的

引脚、CLK引脚、DO引脚、DI引脚分别与STM32F401RCT6芯片U1A板上的PA4引脚-PA7引脚对应连接，U3芯片的VCC引脚、

引脚、

引脚均与3.3v电压连接，U3芯片的VCC引脚与接地端串联一电容C20，U3芯片的GND引脚接地。FLASH存储器，优选W25QXX芯片。

如图6所示，按键模块6包括按键S1、电阻R11、电容C19，S1一端与STM32F401RCT6芯片U1A板上的PC13-ANTI_TAMP引脚连接，S1另一端接地，S1与STM32F401RCT6芯片连接的一端与3.3v电压之间串联一电阻R11，S1与接地端连接的一端与3.3v电压之间串联一电容C19。按键S1优选贴片按键。

其中，VDD连接3.3v电压，电容C7、电容C10、电容C12、电容C13、电容C14并联在VDD、接地两端。STM32F401RCT6芯片U1B板上的VBAT引脚、VDD引脚(19、32、48、64)均接VDD，STM32F401RCT6芯片U1B板上的VDDA/VREF+引脚接3.3v电压，STM32F401RCT6芯片U1B板上的VSS引脚(18、31、47、63)、VSSA/VREF-引脚均接地。

实施例2

本实施例在上述实施例的基础上，作出其中一种优化设计，单片机程序在线升级工具还包括用于显示程序升级相关信息的显示模块8，用于灯光指示升级状态的灯光指示模块9和用于声音提示升级状态的声音提示模块10，显示模块8、灯光指示模块9、声音提示模块10均分别与主控芯片2电连接。显示模块8为OLED(Organic Light Emitting Display)显示器，即有机发光显示器，尺寸为0.96寸，做工轻薄，能显著节省耗电量。显示的信息包括程序文件名、程序文件大小、程序文件最近修改日期及升级进度等信息。灯光指示模块9为双色LED灯。用灯光和声音指示升级状态，采用视觉、听觉多方位提示升级状态，以增多升级工具的适用范围和缩短操作人员的响应时间。

如图2所示，主控芯片1与显示屏SIPI的连接关系如下，STM32F401RCT6芯片U1A板上的PB0-PB2引脚、PB13引脚、PB15引脚分别与SIPI的引脚7-引脚5、引脚3-引脚4连接对应，SIPI的引脚2接3.3v电压，SIPI的引脚1接地。

如图6所示，灯光指示模块9包括双色LED灯D1，电阻R12，3.3v电压依次与电阻R12、双色LED灯D1串联后分别与STM32F401RCT6芯片U1A板上的PA15引脚、PB3引脚连接。双色LED灯D1为并联设置的发光二极管结构，其中，绿灯表示成功，红灯表示失败。

如图5所示，声音提示模块10包括蜂鸣器J3、电阻R1、电阻R13、二极管D2、场效应管Q1，J3的引脚1与2之间串联一个反向二极管D2，R1一端连接3.3v电压，另一端依次与反向二极管D2、Q1的引脚3、引脚2连接后接地，Q1的引脚1与接地端串联有一R13，Q1的引脚1还与STM32F401RCT6芯片U1A板上的PA3引脚连接。优选地，D2的型号为1N4148，Q1为N沟道场效应管。蜂鸣器J3为贴片蜂鸣器，响一声表示成功，响三声表示失败。

实施例3

本实施例在上述实施例的基础上，作出其中一种优化设计，单片机程序在线升级工具还包括壳体11，主控芯片1、USB接口2、降压模块3、单片机存储模块5、按键模块6、串口7、显示模块8、灯光指示模块9及声音提示模块10均设置在壳体11内，壳体11上开设有用于插接升级程序存储模块4的卡槽，升级程序存储模块4插接在卡槽内，且壳体11上开设有供USB接口2、串口7与外部连接的通孔。

优选地，壳体11呈矩形且壳体11的四个角均设有圆角，在用户使用时有利于增强用户握持时的舒适性；壳体11的左上角和右下角圆角弧度相同，壳体11的左下角和右上角的圆角弧度相同，对角的圆角弧度相同使整个壳体11形状对称，更具美观度。且壳体11的右下角的圆角弧度大于右上角的圆角弧度，在保证边角圆滑的情况下内部余留的安装空间更多。

优选地，壳体11为亚克力材质的透明壳，故可从上壳体12看到部分元器件的分布位置关系，如图7所示，主控芯片1安装在壳体11的正中部，方便与各组件连接，有利于规范布线；显示屏模块8安装在壳体11的中上部且横向延伸布置，贴合了人体常见的视觉区域，使用户在观察信息时更加直观。USB接口2安装在壳体11的左端，串口7与USB接口2相对布置安装在壳体11的右端，后续操作升级时两端分开接线不会产生干涉；按键模块6靠近圆角弧度较大的壳体11的右下角安装，符合人体工学设计，按压操作时更为舒适。壳体11为亚克力材质的透明壳，质量轻、强度高，可以提高升级工作的安全性能。

图8为上壳体12与下壳体13将要拼接时的状态图，如图8所示，壳体11包括上壳体12和下壳体13，上壳体12的边角内侧设置有多个第一插接柱121，且第一插接柱121垂直上壳体12设置，下壳体13的边角内侧设置有多个第二插接柱131，第二插接柱131的中心设置有与第一插接柱121相匹配的插接槽132，上壳体12和下壳体13通过第一插接柱121和第二插接柱131可拆卸扣合拼接，卡槽设置在下壳体13的外侧面上。壳体11由上下两部分拼接而成，方便整个工具的组装和维修。上壳体12、下壳体13的内侧壁上设有沿竖向间隔分布的加强筋14。

本实用新型提供的一种单片机程序在线升级工具，其工作原理为：通过USB接口2与上位机连接，主控芯片1上电后对各模块进行初始化，将USB设备配置为MassStorage模式，使得在上位机端虚拟一个U盘，将待升级的程序文件从上位机复制到升级程序存储模块4中，单片机存储模块5用于存储主控芯片的配置参数信息；当需要对产品进行升级中，不需要再连接上位机，通过将串口7与待升级的产品连接，手动按下按键触发升级操作，主控芯片1通过接收的触发升级信息开始执行在线升级操作，控制读取存储在升级程序存储模块4中的升级程序，擦除掉待升级产品中的数据，然后通过显示模块8对升级的相关信息进行显示，并通过串口7将数据传输到待升级的产品中，升级成功后，待升级产品会自动进入用户区运行，完成升级的全部操作，最后通过双色LED灯和蜂鸣器提示产品升级的状态。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种单片机程序在线升级工具，其特征在于：包括主控芯片(1)、USB接口(2)、降压模块(3)、升级程序存储模块(4)、单片机存储模块(5)、按键模块(6)及串口(7)；所述USB接口(2)通过所述降压模块(3)与所述主控芯片(1)电连接，所述主控芯片(1)分别与所述升级程序存储模块(4)、所述单片机存储模块(5)、所述按键模块(6)、所述串口(7)电连接；

通过USB接口(2)将上位机中待升级的程序文件传输到升级程序存储模块(4)中，按键模块(6)触发升级操作指令并传输给主控芯片(1)，主控芯片(1)根据触发的升级操作指令读取升级程序存储模块(4)内存储的待升级程序文件，并控制串口(7)将待升级程序文件传输给待升级产品。

2.如权利要求1所述的一种单片机程序在线升级工具，其特征在于：所述单片机程序在线升级工具还包括用于显示程序升级相关信息的显示模块(8)，所述显示模块(8)与所述主控芯片(1)电连接。

3.如权利要求2所述的一种单片机程序在线升级工具，其特征在于：所述单片机程序在线升级工具还包括用于灯光指示升级状态的灯光指示模块(9)，所述灯光指示模块(9)与所述主控芯片(1)电连接。

4.如权利要求3所述的一种单片机程序在线升级工具，其特征在于：所述单片机程序在线升级工具还包括用于声音提示升级状态的声音提示模块(10)，所述声音提示模块(10)与所述主控芯片(1)电连接。

5.如权利要求4所述的一种单片机程序在线升级工具，其特征在于：所述单片机程序在线升级工具还包括壳体(11)，所述主控芯片(1)、USB接口(2)、降压模块(3)、单片机存储模块(5)、按键模块(6)、串口(7)、显示模块(8)、灯光指示模块(9)及所述声音提示模块(10)均设置在所述壳体(11)内，所述壳体(11)上开设有用于插接所述升级程序存储模块(4)的卡槽，所述升级程序存储模块(4)插接在所述卡槽内，且所述壳体(11)上开设有供所述USB接口(2)、所述串口(7)与外部连接的通孔。

6.如权利要求5所述的一种单片机程序在线升级工具，其特征在于：所述壳体(11)包括上壳体(12)和下壳体(13)，所述上壳体(12)的边角内侧设置有多个第一插接柱(121)，且所述第一插接柱(121)垂直上壳体(12)设置，所述下壳体(13)的边角内侧设置有多个第二插接柱(131)，所述第二插接柱(131)的中心设置有与所述第一插接柱(121)相匹配的插接槽(132)，所述上壳体(12)和下壳体(13)通过第一插接柱(121)和第二插接柱(131)可拆卸扣合拼接，所述卡槽设置在所述下壳体(13)的外侧面上。

7.如权利要求5所述的一种单片机程序在线升级工具，其特征在于：所述壳体(11)呈矩形且所述壳体(11)的四个角均设有圆角，所述壳体(11)的左上角和右下角圆角弧度相同，所述壳体(11)的左下角和右上角的圆角弧度相同，且所述壳体(11)的右下角的圆角弧度大于右上角的圆角弧度；所述主控芯片(1)安装在所述壳体(11)的正中部，所述显示模块(8)安装在所述壳体(11)的中上部且横向延伸布置，所述USB接口(2)安装在所述壳体(11)的左端，所述串口(7)与所述USB接口(2)相对布置并安装在所述壳体(11)的右端，所述按键模块(6)靠近圆角弧度较大的壳体(11)的右下角安装。

8.如权利要求2所述的一种单片机程序在线升级工具，其特征在于：所述显示模块(8)为OLED显示屏。

9.如权利要求1所述的一种单片机程序在线升级工具，其特征在于：所述升级程序存储模块(4)为SD卡。

10.如权利要求1所述的一种单片机程序在线升级工具，其特征在于：所述主控芯片(1)为STM32F401RCT6芯片。

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