1 元解決 ESP32 開發板無法全自動上傳問題

ESP32 開發板有多種版本，有些版本有整合 CH340 或 CP2102 USB-to-UART 晶片，開發板上有 Micro USB 孔可以連電腦，除了供電還能從 COM 序列埠上傳程式跟接收 Serial.print() 回傳訊息，開發測試方便許多。

我目前玩過兩塊 ESP8266 及四塊 ESP32 開發板。ESP8266 的兩塊是 NodeMCU v3 LoLin 以及一塊 NodeMCU Lua WiFi v3；ESP32 則是 AI Thinker (安信可) 的 NodeMCU-32S、副廠 Goouuu-ESP32S (ESP32-WROOM-32) 各兩塊(為什麼同一款要買兩塊？自從踩過雷我學會「電子零件如果不貴，聰明人會多買一組」的道理，一旦遇上問題，手邊有沒有對照組，是天堂與地獄的差別呀)。不管原廠副廠，用起來其實差不多，都能正常運作，只差在原廠做工比較精緻(但我偏偏踩到雷，補聲暗)，還有一點差異，就是今天要說的無法自動上傳問題。

我手上的兩款 ESP8266 及 AI Thinker NodeMCU-32S，用 VSCode + PlatformIO 寫完程式執行 Upload 程序就會自動重置開發板並上傳程式，加上以前玩 Arduino 的經驗，我一直以為這是天經地義的。後來再入手兩塊很便宜的副廠 ESP32S，上傳時卻總會出現 Timed out waiting for packet header 錯誤。

esptool.py v3.0
Serial port COM7
Connecting........_____....._____....._____....._____....._____....._____....._____

A fatal error occurred: Failed to connect to ESP32: Timed out waiting for packet header

後來看到一些前輩的經驗分享，原來有一些版子上傳時需要手動按一下板子上的 RST(EN) 鈕再鬆開，開發板才會進入上傳模式。雖然只是舉手之勞，但大家都知道我性急程度直逼王藍田，對重複做同一件事的容忍度極低，很想把這個動作省掉。

爬文得到初步結論，這個問題較常發生在副廠或沒品牌的開發板，且存在機率性，故用一款板子可能有些能自動上傳、有些得配合按鈕操作。也有同一塊版子在 A 電腦可以自動上傳，在 B 電腦不行的狀況，或是原本不行，更新 CH340/CP2102 晶片驅動程式後變成可以的案例。

網路流傳一種硬體解法，在 RST/EN 跟接地間加一顆 10uF 電容，就可以神奇地解決這個問題囉。

經過實測，真的有效。10uF 電解質電容一顆 1 元，焊在 EN 與 GND 之間，花 1 塊錢就能省去每次上傳手動按鈕的麻煩，超划算。

照片中的新電容是後來買的，焊接在開發板上那顆不用錢，是從我拾荒收藏中拆下來的。昨天剛好再翻到另一箱 3C 垃圾，又在其中發現 3 枚，古董滑鼠電路板上就有兩顆，10uF 電解質電容在早期表面黏著元件還不普及的電子產品中蠻常出現，如果不介意回收電容腳很短難操作，去廢五金找找，有機會用零元解決問題。

雖然問題解決了，但我好奇背後的原理。上網查了資料，沒有電子學背景我能鑽的深度有限，是大概能理解：ESP 模組被設計成會在 EN、IO0 腳位出現特定順序電位變化進入程式燒錄模式。上傳工具 esptool.py 在上傳程式前會控制序列埠的 DTR 及 RTS 在特定時間點產生電位高低變化，開發板上將 DTR/RTS 輸出接到電晶體邏輯閘、電容轉成對映電位訊號傳入 EN、IO0 腳位，實現 EN 先 0 讓系統重啟，EN 變 1 時 IO0 變成 0 的順序，如此即可觸發開發板進入下載啟動模式。電容的作用在於延遲 EN 的電位變化時機，以符合 EN、IO0 切換的時間點。若開發板有實作 DTR/RTS 觸發 EN/IO0 的電路，但因電容或其他種種因素未在正確時間改變電位，自動上傳失敗便會失敗，額外焊上的 10uF 電容會再延後電位變化時機，使其符合 ESP32 規格，問題得以解決。由於電位變化的時機點很重要，不同電腦設備、CPU 快慢、驅動程式都有可能造成差異，可以解釋部分電腦不行以及更新驅動程式解決的現象。EN/IO0 變化的規則很單純，但我的玩具示波器只有單一輸入源，無法實地觀察驗證，就此打住。對詳細原理有興趣的朋友可以參考以下兩篇：