Placa de Desenvolvimento Prático ESP32-S3. A Practical S3 Development Board usa o chip ESP32-S3, equipado com 16 MB FLASH, 8 MB PSRAM, câmera GC0308 integrada, tela IPS de 2 polegadas, tela sensível ao toque capacitiva e chips de áudio duplos. Inclui um sensor 6D, interface de expansão, slot para cartão TF, USB-HUB e suporta AI.
Há muitas maneiras de desenvolver com o ESP32, como Arduino, MicroPython e ESP-IDF. Este manual explica o desenvolvimento usando o método ESP-IDF oficial da Espressif, que requer algum conhecimento das linguagens de programação C ou C++. Além disso, como o ESP-IDF usa o sistema operacional FreeRTOS, é necessária experiência com o FreeRTOS. Se você não tem experiência em C e FreeRTOS, mas ainda deseja aprender sobre o ESP32 por meio deste tutorial, consulte os materiais de aprendizagem relevantes para resolver quaisquer problemas fundamentais em C e FreeRTOS que encontrar.
Esquema ESp32-S3 Placa de Desenvolvimento Prático
Em comparação com as placas de desenvolvimento tradicionais, a Placa de Desenvolvimento Prático tem uma aparência mais próxima de um produto real. Ele pode ser usado não apenas como uma placa de desenvolvimento totalmente funcional, mas também como um produto real no trabalho e na vida diária. Atualmente, existem duas versões do Quadro de Desenvolvimento Prático.
Esta placa de desenvolvimento abrange quase todas as funções alcançáveis do ESP32-S3, maximizando seu desempenho. Possui display colorido (2 polegadas), entrada de áudio completa (2 microfones) e funções de saída (alto-falante). Combinado com seu sensor de movimento integrado, recursos Wi-Fi e Bluetooth, bem como funções de reconhecimento de imagem AI e reconhecimento de voz, permite a criação de aplicativos IoT mais práticos e interessantes. Duas interfaces de expansão são reservadas para conectar módulos de sensores externos e atuadores adicionais. A placa de desenvolvimento é compacta (69x41x14mm) e apresenta um design sem parafusos para fácil abertura e instalação sem ferramentas como chaves de fenda, facilitando o aprendizado sobre hardware e conhecimento estrutural.
Em seguida, vem o trabalho de preparação antes do desenvolvimento: primeiro introduzindo o hardware da placa de desenvolvimento, seguido pela configuração do ambiente de desenvolvimento.
| Categoria | Modelo | Parâmetros |
|---|---|---|
| Módulo | ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 | Equipado com processador dual-core Xtensa® LX7 de 32 bits, com frequência principal de até 240 MHz, SRAM de 512 kB integrado, PSRAM externa de 8 MB, FLASH externo de 16 MB, Wi-Fi de 2,4 GHz (802.11 b/g/n) com largura de banda de 40 MHz, Bluetooth 5 (LE) e Bluetooth Mesh, instruções vetoriais de IA integradas para acelerar a computação de rede neural e o processamento de sinais. |
| Exposição | ST7789 | 2,0 polegadas, ângulo de visão total IPS, resolução de 320 * 240, interface SPI |
| Tela sensível ao toque | FT6336 | Toque capacitivo, interface I2C |
| Sensor de atitude | QMI8658 | Acelerômetro de três eixos + giroscópio de três eixos, interface I2C |
| DAC de áudio | ES8311 | Canal único, interface I2C |
| ADC de áudio | ES7210 | Quatro canais (três canais usados na placa de desenvolvimento), interface I2C |
| Amplificador de áudio | NS4150B | Amplificador de áudio mono classe D |
| Microfone | ZTS6216 | Configuração de microfone duplo, saída analógica |
| Orador | DB1811AB50 | 1811 alto-falante de câmara de som, 1W |
| USB HUB | CH334F | USB2.0 HUB |
| USB para serial | CH340K | Taxa de transmissão máxima de 2Mbps |
| Chip de energia | SY8088AAC | Fornece saídas duplas, cada uma com 1A |
| GH1.25 Interface | Duas interfaces de sensores externos que podem fornecer energia a sensores externos a 5V e 3,3V; pode ser usado como interfaces GPIO, CAN, I2C, UART, PWM | |
| Interface de cartão TF | Conecta-se ao ESP32 usando o modo 1-SD | |
| Interface tipo C | Usado para fonte de alimentação, download de programas, depuração de programas e comunicação de dados USB | |
| Botões | Um botão de reinicialização e um botão definido pelo usuário |
- O principal chip de controle da placa de desenvolvimento é o ESP32-S3, utilizando o módulo Espressif ESP32-S3-WROOM-1-N16R8, com capacidade FLASH de 16 MB e capacidade PSRAM de 8 MB.
- Em termos de exibição, integra uma câmera e uma tela LCD. O modelo da câmera é GC0308 com 300.000 pixels. A tela LCD é uma tela colorida IPS de alta definição de 2,0 polegadas, adequada para várias aplicações de exibição. A tela sensível ao toque capacitiva permite aplicações controladas com os dedos.
- Para áudio, a placa integra chips de áudio ES7210 e ES8311, com entrada de microfone duplo, cancelamento de eco de hardware e um alto-falante de 1W para saída de som.
- Em relação aos sensores, inclui um sensor de atitude 6D QMI8658, que pode ser usado para detectar a postura da prancha.
- Existem duas interfaces de expansão: uma interface I2C e uma interface multifuncional. A interface I2C pode se conectar a sensores externos que suportam comunicação I2C. A interface multifuncional expõe dois pinos GPIO do ESP32, que podem ser usados como GPIOs gerais ou configurados como portas seriais, portas I2C, portas CAN, portas PWM, etc.
- A placa integra uma interface de cartão TF usando uma conexão de modo 1-SD.
- A placa de desenvolvimento inclui um chip USB-HUB que se conecta às portas serial e USB do ESP32. Por meio de uma interface TYPE-C, um único cabo de dados pode lidar com aplicativos de fonte de alimentação, download, observação de dados e comunicação de dispositivos USB.
- A placa possui fontes de alimentação duplas; o circuito MCU e o circuito de áudio são alimentados de forma independente.
- Há um botão de reinicialização e um botão definido pelo usuário.
- O ESP32-S3 possui certos recursos de IA, permitindo reconhecimento de voz e reconhecimento de imagem. Combinado com os recursos Wi-Fi e Bluetooth do ESP32-S3, a placa de desenvolvimento pode ser usada para muitas aplicações interessantes.
Introdução ao Circuito
A placa de desenvolvimento usa o módulo ESP32-S3-WROOM-1-N16R8. Abaixo está o esquema do módulo. O módulo já integra o chip ESP32-S3, chip FLASH, circuitos periféricos e antena, tornando o design esquemático relativamente simples aqui.
Os nomes de rótulos de rede para pinos usam o formato número GPIO + função periférica. Esse método de nomenclatura é benéfico porque permite que você entenda rapidamente a finalidade do pino e seu número GPIO, o que é muito fácil de programar.
O pino IO46 deve estar em um nível baixo no modo de download; caso contrário, os programas não podem ser baixados. Um resistor pull-down é conectado ao IO46 para garantir que ele permaneça baixo quando não controlado. Ao projetar circuitos usando IO46 conectados a outros chips, certifique-se de que esses chips tenham alta impedância padrão ou mantenham níveis baixos quando ligados.
O módulo usa um chip PSRAM de oito fios; os pinos IO35, 36 e 37 já são usados pela PSRAM e não podem ser usados de outra forma.
Abaixo está o circuito USB-HUB. O CH334F é um chip de hub USB de quatro portas com quatro interfaces USB 2.0 downstream; usamos apenas duas interfaces downstream aqui. A porta TYPE-C na placa de desenvolvimento se conecta à interface upstream do chip (USB_D+ e USB_D- no diagrama). A interface downstream D4 se conecta a um chip USB para serial; A interface downstream D3 se conecta à interface USB-OTG do ESP32.
O chip HUB não requer drivers e pode ser reconhecido automaticamente em sistemas WIN10 e Linux.
Abaixo está o circuito USB para serial conectado à porta serial 0 do ESP32, permitindo o download automático do programa e as funções de depuração do terminal serial. O chip USB para serial usa CH340K e requer instalação de driver para uso.
Abaixo está o circuito de botões com dois botões: um botão de reset e um botão de usuário. O botão de reinicialização reinicia o microcontrolador. O botão do usuário pode obter funções personalizadas. Sem o circuito de download automático anterior, o download do programa requer pressionar e segurar o botão BOOT antes de pressionar RESET para iniciar o download. Como BOOT e RESET são controlados por circuitos de download automático, BOOT aqui atua como um botão de usuário para funções de entrada personalizadas.
Abaixo está a tela LCD e o circuito de interface da tela sensível ao toque. O LCD usa o modo de comunicação SPI; a tela sensível ao toque usa o modo de comunicação I2C. O LCD suporta ativação/desativação da luz de fundo controlada por programa e ajuste de brilho PWM.
Abaixo está a interface da câmera usando um conector BTB; o modelo da câmera é GC0308 alimentado por uma única fonte de 2.8 V.
O circuito de áudio consiste em entrada ADC (MIC) e saída DAC (alto-falante).
Abaixo está o circuito ADC de áudio com chip de áudio ES7210 com suporte para quatro entradas MIC; usamos três aqui: dois se conectam a MICs e um se conecta à saída DAC para cancelamento de eco.
Abaixo está o circuito DAC de áudio com chip ES8310 compatível com ADC e DAC; usamos apenas sua saída de áudio aqui sem a funcionalidade de entrada MIC. Sua saída vai para dois lugares: a entrada MIC3 do ES7210 e uma saída de amplificador de áudio.
Abaixo está o circuito de saída do amplificador de áudio com NS4150B modelo de chip; PA_EN pino padrão baixo para desativar a saída do alto-falante.
Abaixo está o circuito de fonte de alimentação dupla; AU_3V3 alimenta circuitos de áudio enquanto outros circuitos usam alimentação 3V3.
Abaixo está um circuito de sensor de atitude que permite projetos inteligentes, como detectar se está em posição vertical / plana durante as fases de movimento ou repouso usando o sensor de atitude integrado na placa de desenvolvimento.
O diagrama abaixo mostra o circuito do chip de expansão IO. Este chip de expansão usa uma interface I2C e pode expandir 8 canais IO, mas estamos usando apenas 3 aqui. LCD_CS controla a tela LCD, PA_EN controla o interruptor do amplificador de áudio e DVP_PWDN controla o interruptor da câmera. Portanto, se seu aplicativo precisar usar a tela LCD, a saída de áudio ou a câmera, você deverá primeiro ativar o driver de expansão de E/S.
O diagrama abaixo mostra o circuito de interface do cartão TF. O cartão TF se comunica com o ESP32 usando o modo 1-SD, exigindo apenas os pinos CMD, CLK e DAT0. Embora os outros pinos de dados não sejam usados para comunicação, eles ainda precisam ser equipados com chips de proteção ESD para evitar danos ao cartão TF durante a inserção e remoção. Além disso, o pino DAT3 deve ser conectado a um resistor pull-up porque quando o DAT3 está em um nível alto, o cartão TF opera no modo SD e, quando está em um nível baixo, opera no modo SPI. Aqui, precisamos que ele opere no modo SD.
A imagem abaixo mostra o circuito da interface de expansão externa. A placa de desenvolvimento tem duas interfaces de expansão: uma é uma interface I2C e a outra é uma interface personalizada multifuncional. Eles usam conectores GH de 5 pinos e podem produzir 3,3 V e 5 V para alimentar sensores externos. A interface I2C é compartilhada com o sensor de atitude, tela sensível ao toque capacitiva e chip de áudio, portanto, só pode ser usada como uma interface I2C e não deve ser reaproveitada para outras funções. A outra interface multifuncional expõe GPIO10 e GPIO11, que podem ser usados como GPIOs regulares ou reaproveitados como uma porta serial, porta I2C, porta CAN, porta PWM, etc.
Lista de material ESp32-S3 Placa de Desenvolvimento Prático com tela
| Partes | Valor | Descrição | Quantidade |
|---|---|---|---|
| Resistores | |||
| R1, R2, R3, R5, R13, R14, R15, R16, R19, R21, R25, R26, R27, R40 |
10kΩ | R0402 – Resistor SMD | 14 |
| R4, R6, R23 | 1kΩ | R0402 – Resistor SMD | 3 |
| R7, R8, R9, R10 | 51kΩ | R0402 – Resistor SMD | 4 |
| R11, R12 | 5.1kΩ | R0402 – Resistor SMD | 2 |
| R17, R22 | 680kΩ | R0402 – Resistor SMD | 2 |
| R18, R24 | 150kΩ | R0402 – Resistor SMD | 2 |
| R20 | 10Ω | R0402 – Resistor SMD | 1 |
| R28, R29, R30, R31, R32, R33, R34, R35, R38, R39, R41, R44, R45, R46, R47, R48, R49, R50, R51, R52 |
0Ω | R0402 – Resistor SMD | 20 |
| R36 | 51Ω | R0402 – Resistor SMD | 1 |
| R37 | 0Ω(NC) | R0402 – Resistor SMD | 1 |
| R42, R43 | 100kΩ | R0402 – Resistor SMD | 2 |
| Capacitores | |||
| C1, C2, C8, C9 | NFM18PC104R1C3D | 100nF ±20% 30mΩ SMD-3P,0.8×1.6mm Feed Through Capacitor | 4 |
| C3, C4, C6, C10, C11, C12, C13, C15, C17, C18, C19, C21, C23, C25, C29, C31, C33, C50, C51, C56, C57, C72, C73, C80, C83 |
100nF | C0402 – Capacitor SMD | 25 |
| C5, C14, C16, C20, C28, C81, C84 | 10uF | C0402 – Capacitor SMD | 7 |
| C7, C26, C27, C34, C35, C36, C37, C38, C39, C40, C41, C42, C43, C44, C45, C46, C47, C48, C49, C52, C55, C58, C59, C60, C61, C65, C66, C74, C79 |
1uF | C0402 – Capacitor SMD | 29 |
| C22, C30, C53, C54, C62, C63, C64, C67, C68, C69, C77, C78, C82, C85 |
22pF | C0402 – Capacitor SMD | 14 |
| C24, C32 | 10uF | C0603 – Capacitor SMD | 2 |
| C70, C71 | 1nF | C0402 – Capacitor SMD | 2 |
| C75, C76 | 22uF | C0603 – Capacitor SMD | 2 |
| Semicondutores | |||
| D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8, D9, D10, D11, D12, D13 | RCLAMP0521T-ES | 4A 80W 6V Bidirecional 5V DFN1006-2L ESD e proteção contra surtos (TVS/ESD) |
13 |
| MIC1,MIC2 | ZTS6216 | Omnidirecional -38dB 100Ω 65dB SMD-4P, microfone MEMS de 1,9 x 2,8 mm | 2 |
| Q1 | LMBT3904DW1T1G | 40V 150mW 200mA NPN SC-88 Bipolar (BJT) | 1 |
| Q2 | SI2301CDS-T1-GE3-ES | 20V 1.3A 800mW 82mΩ P-Channel SOT-23 MOSFET | 1 |
| U1 | ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 | SMD, módulo de 18×25.5mm | 1 |
| U2 | PCA9557PW.118 | 8 expansor de E/S TSSOP-16 de 400kHz | 1 |
| U3 | QMI8658A | Acelerômetro LGA-14 | 1 |
| U4 | CH340K | Conversor USB 2Mbps para USB 2.0 serial ESSOP-10-150mil USB | 1 |
| U5 | CH334F | Controlador de HUB USB QFN-24 (4×4) | 1 |
| U6,U8 | SY8088AAC | Conversor DC-DC fixo tipo abaixador 3.3V 1A SOT-23-5 | 2 |
| U7 | ME6211C28M5G-N | 450mA fixou a gota linear dos reguladores de tensão positivos SOT-23-5 2.8V baixa gota para fora (LDO) |
1 |
| U9 | ES8311 | WQFN-20 – CODEC de áudio mono de baixa potência | 1 |
| U10 | ES7210 | QFN-32 – ADC de áudio de quatro canais de alto desempenho | 1 |
| U11 | NS4150B | Amplificador de áudio MSOP-8 Classe D de 3W | 1 |
| Variado | |||
| F1 | BSMD0603L-100 | F0603 – Fusível rearmável 6V 1A 0603 | 1 |
| J1,J2 | HC-GH-5PWT | conector horizontal de SMD do acessório de 1x5P 1.25mm | 2 |
| J3 | EMPURRE DIABOS | Slot para cartão de 2 mm Cartão MicroSD (cartão TF) Conector de cartão SMD SD com salto automático |
1 |
| J4 | AFC34-S10FIA-00 | Contatos de dupla face 10P / conexão superior e inferior Acessório horizontal 0,5 mm SMD FFC FPC (Flat Flexible) Conector |
1 |
| J5 | AFC34-S06FIA-00 | 6P Contatos de dupla face / conexão superior e inferior Acessório horizontal 0,5 mm SMD FFC FPC (Flat Flexible) Conector |
1 |
| J6 | AXK724147G | 0,4 mm 2x24P pasta permanente SMD, P = 0,4 mm placa a placa e conector de backplane |
1 |
| J7 | X9821WRS-02-9TSN | fio do ângulo direito de 1x2P 1.25mm SMD para embarcar no conector | 1 |
| L1 | UPZ1608U221-2R2TF | 50mΩ 220Ω@100MHz 0603 Grânulo de ferrite | 1 |
| SW1, SW2 | TS-1010-C-A | 4,7 mm 3,5 mm Botão retangular Acessório horizontal SPST SMD Interruptor tátil |
2 |
| L2, L3 | 2.2uH | 3A 2.2uH SMD, indutor de potência de 2,5×2,0x1,2 mm | 2 |
| USB1 | TIPOC-304-ACP16 | Conector USB 3A 16P Type-C SMD | 1 |
| X1 | 12MHz | Cristal SMD3225-4P de 12MHz | 1 |
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Fonte: https://oshwhub.com/li-chuang-kai-fa-ban/li-chuang-shi-zhan-pai-esp32-s3-kai-fa-ban
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