【esp32 学习笔记】ESP32各型号模组进入下载模式的引脚配置及其自动下载电路

1.通用带外围（三极管）自动下载电路

不同型号的ESP32模组的自动下载电路都相同，只是RST/EN,Boot引脚的引脚号不同，例如ESP32-C3的 BOOT 脚为IO9, 而ESP32-WROOM-32的 BOOT 脚为IO0.

图 ESP32的自动下载电路

2.进入下载模式的引脚配置

2-1 ESP32 BOOT脚为GPIO0

一般只有自动下载电路是不能在下载模式和运行模式来回变化的，自动下载电路只能调整boot和en脚的电平变化来满足下载时序

上图为esp32和esp8266下载模式和正常运行模式（SPI启动模式）所需的引脚配置.

由上面的下载电路可知，GPIO2没有被配置，为了能启动下载模式，GPIO2要常态为低电平（因为SPI启动模式与GPIO2无关），所以GPIO2要下拉（虽然默认下拉，但外接下拉更保险），

同理，GPIO0要常态高电平才能进入SPI启动模式，要上拉。

因为GPIO0接入自动下载电路，其在进入下载模式时的电平切换是自动的。

如图IO0上拉，IO2下拉

下面列出ESP32-C2（ESP8684），ESP32-C3（ESP8685），ESP32-C6，ESP32-S2 ，ESP32-S3进入下载模式的引脚电平要求:

2-2 ESP32-C2（ESP8684）BOOT脚为GPIO9

2-3 ESP32-C3（ESP8685）BOOT脚为GPIO9

2-4 ESP32-C6 BOOT脚为GPIO9

2-5 ESP32-S2 BOOT脚为GPIO0

2-6 ESP32-S3 BOOT脚为GPIO0

3. 扩展：免外围电路（无需三极管和电阻）ESP32/ESP8266系列单片机串口一键下载方案：CH340x 和 CH343P

一、概述

CH340X、CH343、CH342等USB转串口芯片支持免外围电路ESP32/ESP8266等单片机串口一键下载功能，对此类支持多模式启动的单片机，无需外围三极管等逻辑控制电路，将芯片提供的输出信号脚直连MCU的BOOT控制引脚（GPIO0）与CHIP_PU芯片使能引脚（EN）即可实现MCU BOOT和APP模式的控制切换和固件下载。

二、方案特点

电路精简可靠，串口上电、掉电、打开、关闭等操作均不影响MCU运行模式。传统一键下载电路需要2个三极管配合使用以保持BOOT常态低电平以及防止串口软件开关时MCU误复位或误进BOOT下载模式。
ESP系列单片机原有下载软件可直接使用，无需更改。
支持自动下载。利用USB的热插拔特性和CH343PT库，可在软件端实现USB设备插入后自动下载。
提供QFN16、ESSOP10、SOP16等封装，还可定制封装。
CH340X支持5V耐压和防向内电流倒灌。
CH343支持串口IO独立供电，可支持5V/3.3V/2.5V/1.8V等串口通讯，支持防向内电流倒灌。待机模式下最低功耗仅2uA。

三、下载原理及电路说明

ESP系列MCU启动模式：

GPIO0

（默认上拉）

GPIO2

（默认下拉）

说明

下载启动模式

FLASH启动模式

MCU为低电平复位，硬件上需要满足MCU复位后自动进入“串口下载”模式。下载时序示意图：

注：图中EN为复位引脚（RST），GPIO为BOOT引脚(BOOT)

进行一键下载时，计算机端下载软件打开串口，

S1: 先设置DTR#（IO0-BOOT）为低电平、设置RTS#（EN-RST）为低电平、再高电平，MCU自动复位进入BOOT下载程序。
S2: 下载完成后，需恢复DTR#(BOOT)为高电平、设置RTS#（RESET）为低电平、再高电平，MCU自动复位后正常运行应用程序。

注：

CH340X芯片，5#脚和6#脚之间串接3～5.6KΩ电阻时#6脚会自动切换为推挽输出的DTR#功能，引脚默认为强高电平，由应用程序设置DTR引脚输出高低电平。
CH340X的串口电压由芯片VCC供电电压决定，CH343的串口电压由芯片VIO供电电压决定，使用时需注意电压匹配。
需配合CH341SER V3.7及以上版本驱动使用。

四、疑问

下载软件：

4. 扩展：采用UMH3N

自动下载电路

R3与R4，作用是分压与限流。防止三极管烧坏。

RST和IO0与NPN型三极管集电极连接，并通过上拉电阻连接到VCC，这里的上拉电阻和VCC，它们是存在于ESP8266引脚内部的。

这里电阻和三极管的组合可以使用一个集成芯片：UMH3N。图如下。

IO0连接的是ESP8266的GPIO0端口，该引脚功能为烧录固件或者运行模式控制端口。

ESP8266如何进入下载模式呢？概括来说下面两句话：

1.在复位上升沿时，GPIO0为1，则进入FLASH运行模式，此时内部程序正常运行。

2.在复位上升沿时，GPIO0为0，则进入BOOT模式，此时可通过串口下载程序。

分析RTS和DTR是如何影响IO0与RST的：

RTS=1，DTR=1。Q1截止，Q2截止。IO0、RST悬空，默认高电平。

RTS=0，DTR=0。Q1截止，Q2截止。IO0、RST悬空，默认高电平。

RTS=0，DTR=1。Q2导通，Q1截止。RST=0，IO0=1；

RTS=1，DTR=0。Q1导通，Q2截止。RST=1，IO0=0；

这里需要知道的是RTS和DTR状态可由程序决定。

// 自动下载代码
// 这里用变量Download表明程序下载按钮的状态

if( Download )    //下载动作为真
(
    DTR = 1;
    RTS = 0;  
    // 此时RST = 0，GPIO0 = 1
    // 触发复位

    Delay();

    DTR = 0;
    RTS = 1;
    // 此时RST = 1，GPIO0 = 0
    // RST通常会接电容，他的跳变延迟一会儿，就检测到了GPIO = 0;
    // 即上跳变发生，GPIO = 0进入烧录。
    
    Delay();
    // 延时确保跳变的发生
    
    DTR = 1;
    // RST与GPIO悬空，不受自动下载电路影响
) 
   

DownloadCode();   
 // 向MCU发送烧录程序
 // 下载是否完成，电脑上的软件会提示

5. 扩展：STC15自动下载电路

原理：

当我们在stc官方烧录软件点击下载时，烧录软件会以最低波特率（默认2400）连续发送0x7f，同时ch340的DTR和RTS引脚会拉低，直到单片机冷启动或者烧录软件检测超时。

原理分析

模块上电稳定后没有下载命令时，DTR/RTS输出高电平，电容C11右端为高电平，NPN三极管Q2导通，pmos管Q1（si2301cds）导通，目标单片机上电。
当stc烧录软件发出下载信号时，DTR/RTS拉低，左右两端均为高电平的C11左端被拉低。因为电容两端电压不能突变，所以当电容左端电压突变瞬间，电容相当于短路，右端被拉低，pmos截止，目标单片机掉电。
短暂掉电后，DTR/RTS 恢复高电平，同时C11右端恢复为高电平，目标单片机上电并检测到stc烧录软件的下载信号后下载程序。

参考文章

1. ESP32各型号模组进入下载模式的引脚配置及其自动下载电路：https://blog.csdn.net/WCH_TechGroup/article/details/124319456

2. 《免外围电路ESP32/ESP8266系列单片机串口一键下载》：https://blog.csdn.net/qq_62361151/article/details/130102202

posted @ 2024-07-24 13:25 FBshark 阅读(8851) 评论(0) 收藏举报

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