如何实现ESP8266/ESP32自动下载电路
前一段时间需要自己制作一片esp32单板，成本和封装考虑，计划选择ch340e作为usb转串口芯片，esp8266/esp32的单板一般都有自动下载电路，用户无需按钮即可令单板自动进入下载模式实现固件烧录，然而自动下载电路需要串口芯片支持dtr和rts，ch340e却只有rts信号，没有dtr信号，于是研究学习了一下自动下载电路的原理，准备用一些奇淫技巧解决ch340e的自动下载问题。
遗憾的是， 目前的中文互联网上，关于esp8266/esp32自动下载原理，所有能搜索到的解释大部分都是错误的，差之毫厘，谬以千里，如果随意的假设，自以为是，最终得出的只能是一厢情愿的结论。
下载模式
esp8266/esp32进入下载模式[1]的条件很简单：
en（也称为rst）上升沿时候gpio0保持为低电平，如下图所示：
分析1
下载电路如下所示，其结构与rs触发器比较类似，注意en和io0信号均连接在三极管集电极，通过控制三极管只能拉低此信号，若三极管截止，则此信号的状态由其他电路决定（一般来说，此类信号会默认接电阻上拉到vcc）
逻辑关系如下:
dtr = 0; rts = 0, 此时q1截止，q2截止，en = 1; io0 = 1dtr = 0; rts = 1，此时q1截止，q2导通, en = 1; io0 = 0dtr = 1; rts = 0, 此时q1导通，q2截止, en = 0; io0 = 1dtr = 1; rts = 1, 此时q1截止，q2截止, en = 1; io0 = 1 真值表:
dtr rst en io0
0 0 1 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1 1 1
简单总结：当dtr和rts同时为0或者同时为1时，三极管q1和q2均为截止状态，此时en和io0的状态由其他电路决定（内部/外部上拉电阻）。
当不同时为0或者1时：
en = rtsio0 = dtr 注意这种逻辑下 en和io0是不可能同时为0的，然而进入下载模式则需要如下的序列:
1. io = 0; en = 02. io = 0; en 0 -> 1 从逻辑表上看是根本无法正常进入下载模式的，此为疑惑1
分析2
再来继续分析一下esptool.py[2]里下载相关的代码
# issue reset-to-bootloader: # rts = either ch_pd/en or nreset (both active low = chip in reset # dtr = gpio0 (active low = boot to flasher) # # dtr & rts are active low signals, # ie true = pin @ 0v, false = pin @ vcc. if mode != 'no_reset': self._setdtr(false) # io0=high 1) self._setrts(true) # en=low, chip in reset time.sleep(0.1) 2) self._setdtr(true) # io0=low 3) self._setrts(false) # en=high, chip out of reset time.sleep(0.05) 4) self._setdtr(false) # io0=high, done 注意true是低电平，false为高电平，另外代码中的setdtr()和setrts()两条语句之间虽然看上去紧挨着没有延时，然而由于这里是高级语言python，两条语句之间的延时并不能忽略，因此分析的时候必须依次的进行状态分析，以下分为四个阶段依次分析:
设置dtr = 1; rts = 0, 此时q1导通，q2截止, en = 0; io0 = 1
设置dtr = 0; rts = 0, 此时q1截止，q2截止, en = 1; io0 = 1
设置dtr = 0; rts = 1, 此时q1截止，q2导通, en = 1; io0 = 0
设置dtr = 1; rts = 1, 此时q1截止，q2截止, en = 1; io0 = 1
如果按照上面的代码分析来做结论，不论如何系统也是不可能进入下载模式的：en和io0首先不可能同时为0，en由0->1的上升沿io0也并不为0，再次确认之前的疑惑，那么系统究竟是如何进入下载模式的呢？
答案
问题的答案实际在另外一部分电路，原理其实非常简单：en信号连接在一个电容充放电电路上
chip_pu即en，代码中2-3阶段之后会延时一段时间，而en由于电容充电，电平并不会立马变为高电平，而是缓慢上升，以如上参数为例计算，同时参考芯片电气参数特性
高电平为0.75vdd，则达到高电平按照如下公式计算：
解得t = 14ms，即en经过14ms上升到电平1，在实际代码中延时了50ms的等待时间，以确保延时后en处于电平1的状态。
另外需要提的是，阶段1需要等待一段时间，让电容放电，保证en电平下降到电平0，才能保证系统正常复位，在代码中预留了100ms的等待时间，同样可以通过电容放电公式计算出放电到电平0需要的时间，感兴趣的朋友可以自行根据公式计算确认。
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下载模式
esp8266/esp32进入下载模式[1]的条件很简单：
en（也称为rst）上升沿时候gpio0保持为低电平，如下图所示：
分析1
下载电路如下所示，其结构与rs触发器比较类似，注意en和io0信号均连接在三极管集电极，通过控制三极管只能拉低此信号，若三极管截止，则此信号的状态由其他电路决定（一般来说，此类信号会默认接电阻上拉到vcc）
逻辑关系如下:
dtr = 0; rts = 0, 此时q1截止，q2截止，en = 1; io0 = 1dtr = 0; rts = 1，此时q1截止，q2导通, en = 1; io0 = 0dtr = 1; rts = 0, 此时q1导通，q2截止, en = 0; io0 = 1dtr = 1; rts = 1, 此时q1截止，q2截止, en = 1; io0 = 1 真值表:
dtr rst en io0
0 0 1 1
0 1 1 0
1 0 0 1
1 1 1 1
简单总结：当dtr和rts同时为0或者同时为1时，三极管q1和q2均为截止状态，此时en和io0的状态由其他电路决定（内部/外部上拉电阻）。
当不同时为0或者1时：
en = rtsio0 = dtr 注意这种逻辑下 en和io0是不可能同时为0的，然而进入下载模式则需要如下的序列:
1. io = 0; en = 02. io = 0; en 0 -> 1 从逻辑表上看是根本无法正常进入下载模式的，此为疑惑1
分析2
再来继续分析一下esptool.py[2]里下载相关的代码
# issue reset-to-bootloader: # rts = either ch_pd/en or nreset (both active low = chip in reset # dtr = gpio0 (active low = boot to flasher) # # dtr & rts are active low signals, # ie true = pin @ 0v, false = pin @ vcc. if mode != 'no_reset': self._setdtr(false) # io0=high 1) self._setrts(true) # en=low, chip in reset time.sleep(0.1) 2) self._setdtr(true) # io0=low 3) self._setrts(false) # en=high, chip out of reset time.sleep(0.05) 4) self._setdtr(false) # io0=high, done 注意true是低电平，false为高电平，另外代码中的setdtr()和setrts()两条语句之间虽然看上去紧挨着没有延时，然而由于这里是高级语言python，两条语句之间的延时并不能忽略，因此分析的时候必须依次的进行状态分析，以下分为四个阶段依次分析:
设置dtr = 1; rts = 0, 此时q1导通，q2截止, en = 0; io0 = 1
设置dtr = 0; rts = 0, 此时q1截止，q2截止, en = 1; io0 = 1
设置dtr = 0; rts = 1, 此时q1截止，q2导通, en = 1; io0 = 0
设置dtr = 1; rts = 1, 此时q1截止，q2截止, en = 1; io0 = 1
如果按照上面的代码分析来做结论，不论如何系统也是不可能进入下载模式的：en和io0首先不可能同时为0，en由0->1的上升沿io0也并不为0，再次确认之前的疑惑，那么系统究竟是如何进入下载模式的呢？
答案
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解得t = 14ms，即en经过14ms上升到电平1，在实际代码中延时了50ms的等待时间，以确保延时后en处于电平1的状态。
另外需要提的是，阶段1需要等待一段时间，让电容放电，保证en电平下降到电平0，才能保证系统正常复位，在代码中预留了100ms的等待时间，同样可以通过电容放电公式计算出放电到电平0需要的时间，感兴趣的朋友可以自行根据公式计算确认。
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