【应用】基于CP2102N USB-to-UART桥接器的程序自动下载电路设计

时间： 2019-07-20 来源：世强

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USB-to-UART桥接器,USB转UART桥接器,USB转串口芯片,ESP32

笔者有参与一款基于乐鑫科技ESP32芯片的产品开发，产品可通过Micro USB接口实现与ESP32芯片通信，但ESP32芯片本身不具备USB接口，只具备串口通信功能，设计中选用CP2102N实现USB转串口功能。ESP32芯片程序下载时，需要通过跳线帽方式将芯片的IO0管脚拉低并重新上电或通过使能管脚EN重新复位芯片才能进入程序下载模式，但这种方式不利于产品开发过程中的程序调试。为提高程序调试效率，设计中利用CP2102N的RTS和DTR信号输出控制三极管电路实现对ESP32芯片的IO0和EN管脚控制，实现ESP32芯片程序自动下载。CP2102N芯片主要特性如下：

内置48MHz时钟，无需外部晶振也可正常工作，节约BOM成本；内置LDO输出VDD，在LDO输入电压REGIN大于4.1V时，可实现3.1~3.6V输出。LDO输出可用于外部电路供电，但不能超过LDO最大100mA输出电流能力；支持USB插入检测；封装小，最小封装仅3x3mm，非常适合小型化产品选用；本产品中的 ESP32芯片外围电路设计如图1所示。在进行ESP32芯片下载过程中需要将IO0管脚拉低，并重新使能EN管脚，但需要程序正常运行时，需保持系统启动时IO0信号为高电平。

图1 ESP32芯片外围电路设计

CP2102N芯片外围电路设计如图2所示。利用CP2102N芯片数据端就绪DRT输出和请求发送RTS输出控制信号输出，控制双路NPN三极管，经过三极管转换后实现对ESP32芯片IO0和EN信号控制，控制电路如图3所示。当CP2102N芯片的输出信号DTR和RTS信号同时为高或低时，EN和IO0信号也同时为高，此时ESP32芯片可正常启动工作；当DTR信号为高，RTS信号为低时，EN信号拉低，实现芯片复位重启；当DTR信号为低，RTS信号为高时，EN信号拉高，IO0拉低，此时ESP32芯片进入程序下载模式。ESP32芯片通过检测CP2102N的DTR和RTS输出电平变化，实现程序自动下载和重启，减少了人为通过跳线帽方式将芯片的IO0管脚拉低并重新上电或通过使能管脚EN重新复位芯片才能进入程序下载模式的操作，提高了程序调试效率。

图2 CP2102N芯片外围电路设计

图3 IO0和EN信号控制电路

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