【嵌入式模块】ESP8266完整教程

前言

  无线通信中除了最为常用的蓝牙之外，剩下的就是WiFi了，但是相比于蓝牙模块一般只用来进行透传，WiFi模块的可自定义程度要更强，而这也导致了WiFi模块的入门相对难了一点。

参考资料

• WIFI模块的STA模式和AP模式有什么区别 - 百度知道
• ESP8266的两种开发方式 - 知乎
• ESP8266 NodeMCU引脚说明 - 简书
• ESP-01S-ESP8266入门教程 - 博客园
• esp8266-01s介绍与使用 - CSDN——资源丰富，涵盖广泛
• ESP8266模块使用完整教程 - CSDN——资源较多，但有点老，也有点深
• 关于ESP8266自动下载和CH340的几件事 - CSDN
• ESP8266串口WiFi模块的基本使用和配置教程 - 电子论坛
• 安信可固件汇总

认识ESP8266

  关于ESP8266的各种资料在网上很杂也很乱，似乎就没有找到一个完整版的入门教程，通过查找各种资料并进行交叉比对，我对ESP8266有了一个整体的认识。

两种状态

  ESP8266为一个WiFi透传模块，和蓝牙透传模块具有主从两种工作模式一样，也具有两种工作模式：STA模式（Station）和AP模式（Access Point），一般WiFi模块还会有一个STA+AP模式，即可以在两种模式下切换的状态。
  AP模式下，WiFi模块产生热点，提供无线接入服务，允许其它无线设备接入，提供数据访问，一般的无线路由/网桥工作在该模式下。该模式对应TCP传输协议中的服务端（TCP Server）。
  STA模式下，WiFi模块为连接到无线网络的终端（站点），可以连接到AP，一般无线网卡工作在STA模式下。该模式对应TCP传输协议中的客户端（TCP Client）。

  透传，又称透明传输，具体来说就是“输入即输出（如从WiFi模块串口输入的字符会透传到服务器端）”，数据不改变，不同协议之间的转换（如串口到WiFi、蓝牙等）由模块完成。使用者无需关心内部具体实现，因此模块对于使用者是“透明的”、似乎不存在的（因为可无视中间的实现原理）。一个高度封装的模块，应该隐藏内部实现细节，仅对外提供使用接口。

两种开发方式

  ESP8266系列一般都具有两种开发方式，一种为AT指令开发方式，即厂家出厂时预先在ESP8266芯片烧入好固件，封装好WiFi的协议栈，内部已经实现透传，而用户只需要使用一个USB转TTL的模块或者单片机的串口就能实现与WiFi模块的通信，发送AT指令来对WiFi模块进行控制。（和蓝牙透传模块类似）
  另外一种开发方式就是SDK开发，因为ESP8266本身即是可编程的芯片，可以把它视为一个带有无线通信的单片机，而用户需要在专门的IDE中编写对应的程序，然后通过烧写固件的方式将程序写入到芯片中，因此，此时想要实现WiFi通信，需要自定义WiFi协议栈，因此对用户掌握的相关知识要求更高。
  所以，如果发现一个ESP8266模块对AT指令没有反应，那很有可能是内部的程序不是既定的AT固件，而是被烧入了其他程序。

分类

  很多人会遇到这样一种情况：先有器件再去学知识。因此往往会面临器件型号与所学知识不匹配的问题，因此，学习ESP8266，了解其各种型号及其对应的参数显得非常重要。
  在某宝上搜索ESP8266，会发现有很多种型号，包括ESP-01、ESP-01S、DT-06、ESP-12F，如下图所示：



  其中DT-06一般只使用AT指令开发，而且这个模块可以用电脑连接WiFi产生的热点之后在浏览器中直接配置WiFi模块，省去了麻烦的AT指令，更加便捷。【所以不太需要烧入固件】
  ESP-01S和ESP-01两种型号基本一样，其中ESP-01S表面只有一个LED灯，ESP-01表面有两个LED灯，且ESP-01S优化了内部电阻。参考链接
  最让我纠结的是第三种——ESP-12F，因为淘宝上面有两种非常类似的板子，一种是使用CP2102作为USB转TTL，体现为上面那个芯片为四方的芯片，而当时我买的那种USB转TTL芯片为CH340C，体现为上面那个芯片为双列的引脚，如下图所示。

  理论上来说，大家核心芯片一样，只是换了USB转TTL的芯片，那装上驱动应该得是一样的用法才对，但显然不是。我看很多教程上面都说将WiFi模块通过USB线直接连接到电脑即可，但是我的这个【新的板子】插上电脑会提示音，但马上就没了，设备管理器找不到串口，而且经过测试发现，当按下RST按键时，电脑能够识别，一松手又不行了。问题类似于这个链接中描述的一样。
  经过多方查找资料，最终通过一个教程找到了问题所在：带有CP2102的ESP模块直接插上USB线即可烧入程序；而带有CH340的ESP模块直接连接电脑为运行内部程序的模式，如果要进入下载程序的模式，需要上电后按住FLASH按键，然后按一下RST键，即可发现电脑识别出了端口。
  此外，如果在这个板子中烧入AT固件，是没办法通过USB线进行串口通讯来传输AT指令的，必须要用一个USB转TTL的模块连接到其引出来的TX，RX引脚来进行通讯。

固件及其刷新方法

  所谓固件，是指ESP-8266芯片内部的程序，如果要运行AT指令，则要在ESP8266中烧入固定的固件，这个一般是来自厂家官网，比如乐鑫。

硬件方面

  如果要对ESP8266烧入固件/程序，可以使用较为普遍的USB转TTL模块，也可以去买一个专门的下载器，如下图所示：

  这个下载器主要使用于ESP-01S，连接方式如下图所示：

  相比于使用杜邦线连接USB转TTL模块更加简便，而且这个下载器也兼具USB转TTL的功能，在下载完程序之后按一下上面的按键即可与WiFi进行串口通信。一物两用。

  那如果手边只有USB转TTL模块怎么办呢？也只是麻烦一点。一样可以烧入固件，但需要注意两点：

• 最好使用外部电源，如AMS1117产生的3.3V，因为据说USB转TTL的电源不够稳定，而ESP-8266就需要非常稳定的电源。
• 接线不能只接4根线（RX，TX，VCC，GND），其他的三根线也要接（GPIO_0、GPIO_2、EN）

具体操作方法可以参考这个文字教程或者这个视频教程。

软件方面

  对于软件，比较常用的有两个：FLASH_DOWNLOAD_TOOLS 和 Arduino IDE。

• FLASH_DOWNLOAD_TOOLS
  这个软件主要是用于向ESP8266芯片中写入bin文件。首先打开这个软件，会弹出一个黑框以及一个选择界面，不用管黑框，直接选择ESP8266，如下图所示。
  
  
  需要注意，如果FLASH SIZE选择了8M，那么烧入的固件也必须选择8M的。此外，点击START之后，当绿色方框内显示Finish时，表明固件烧入完毕。
• Arduino IDE
  上文提到，ESP8266本身也可以视为一个单片机，因此其内部的程序也可以自定义编写，而IDE就可以选择Arduino IDE，但使用前需要简单配置一下。具体方法如下：

1. 打开文件->首选项，在附加开发板管理器网址中粘贴这个地址：http://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json，如下图所示。
   
2. 然后点开工具->开发板->开发板管理器。
   
3. 等下面的进度条加载完毕后在搜索框中输入ESP8266。即可得到一个唯一的选项，安装即可。
   注意：如果显示下载失败可以考虑，因为下载地址为Github。
4. 安装完毕后再次点击工具->开发板，可以发现多了一个ESP8266板子。
   
5. 在给ESP-12F烧入程序时，一般可以直接选择第一个，或者NodeMCU 0.9，而给ESP-01S烧入程序时，一般就是选择第一个就行。
   

AT指令开发方式

  烧入AT固件之后，接下来就是使用AT指令来控制WiFi模块了，这里的所有AT指令都需要加上回车换行。
  另外就是，由于AT指令依赖于烧入的AT固件，因此建议找到对应型号的WiFi模块的说明书，参考上面列出的AT指令。
  本文不再赘述。

SDK开发方式

  一般来说，说到SDK开发，大都是使用ESP-12F，因为它所有引脚都引出了，这样可自定义程度更高。

• ESP8266开发专栏 - CSDN
• ESP-12F开发教程_太极创客 - BiliBili
• Lua Loader开发资料汇总
• Lua Loader下载

补充教程

• 【嵌入式模块】再探ESP8266，保姆级教程