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单线 SPI 的在线编程方案

时间：2017-09-13 12:31来源：ZLG 致远电子

摘要：“串口下载”是大多数工程师最早接触的程序下载方式，尤其是一开始使用51单片机的工程师们。随着硬件集成度越来越高，芯片资源不断被压缩，工程师也想到了另一种“串口下载”方式，只需一根数据线即可。

“串口下载”是大多数工程师最早接触的程序下载方式，尤其是一开始使用51单片机的工程师们。随着硬件集成度越来越高，芯片资源不断被压缩，工程师也想到了另一种“串口下载”方式，只需一根数据线即可。

随着半导体行业的飞速发展，芯片集成度越来越高，随之研发设计出来的 PCBA 大小已经能和硬币比肩，功能却一点都没有受到影响，是如何做到的呢？在不影响功能的情况下尽量裁剪硬件资源，这是每个工程师都头疼的问题，关键在于裁剪后如何保证编程能够正常进行。

编程接口多种多样，包括工程师们熟悉的 UART 、I2C 、SPI 、SWD 等，一般需要2-6根线进行烧录，而其中有一种编程接口只需要一根数据线即可实现程序的烧写，这对必须尽量压缩硬件资源的工程师来说是一个很好的消息。

 
图1  硬币大小的 PCBA
 
如图硬币大小的 PCBA 如今并不少见，要在如此小的体积上集成完善的功能，硬件资源复用或压缩是一种可靠的手段，其中使用尽可能少的接口完成编程动作可以达到压缩硬件资源的目的。

单线串口

单纤串口是串行接口的一种通讯方式。串行接口  ( Serial Interface )  是指数据一位一位地顺序传送，其特点是通信线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信（可以直接利用电话线作为传输线），从而大大降低了成本，特别适用于远距离通信，但传送速度较慢。一条信息的各位数据被逐位按顺序传送的通讯方式称为串行通讯。串行通讯的特点是：数据位的传送，按位顺序进行，最少只需一根传输线即可完成。

 
图 2  串行数据帧
 
  • 单线串口：全称为“单线异步串行通讯接口”，本文中简称为“单线串口”。
  • 标准串口：全称为“标准异步串行通讯接口”，本文中简称为“标准串口”。
单线串口与标准串口均使用一样的通讯协议，区别在于标准串口使用两根数据线通讯（TXD 和 RXD ），单线串口只有一根数据线来同时兼备发送和接收功能。因此，单线串口采用半双工的通讯方式，具体的单线串口接线图可参考下图所示。

 
图 3  单线串口接线示意图
 
从图中可以看出，只需接入四根线（MOD，/ RESET，VCC，GND）就可以进行程序烧写了。其中只有一根为数据线，用于收发数据。

芯片内标示的这个通讯口（MOD / IO）还可以被用来做工作模式选择，比如在上电复位的同时，检测 MOD 管脚的输入时序波形，根据这个时序波形判断进入到不同的工作模式，比如进入单线串口编程模式。进入单线串口编程模式后，MOD 管脚的功能即转换为数据通讯。这样可以最大化的减少程序烧写所使用的编程口线，达到进一步压缩硬件资源的目的。
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