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【单片机】ESP32最小系统板项目

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简介

采用ESP32-WROOM-32E-N8模组的最小系统板设计,可选用C/C++/MicoPython进行开发,方便快速入门开发学习

简介:采用ESP32-WROOM-32E-N8模组的最小系统板设计,可选用C/C++/MicoPython进行开发,方便快速入门开发学习

开源协议

Public Domain

创建时间:2023-06-02 07:33:46更新时间:2023-08-16 10:05:21

描述

1、总体概述

      ESP32-WROOM-32E-N8是国产乐鑫科技公司设计的一款模组,根据这款模组进行最小系统板设计,将IO引脚全部引出,增加OLED显示屏、按键以及三色灯外设,可选用C/C++/MicoPython进行开发,方便快速入门开发学习,小巧精致,功能齐全。


图1-1 ESP32最小系统板3D模型图

 

1.1、引脚分布

图1-2 ESP32最小系统板引脚分配图

 

1.2、板载资源

图1-3 ESP32最小系统板板载资源

  • 主控芯片:ESP32-WROOM-32E-N8模组
  • 电源接口:TYPE-C
  • 功能按键:复位按键和BooT按键
  • 显示功能:电源指示灯显示、两个三色灯显示、四线OLED屏幕显示
  • 调试接口:CH340串口调试
  • 外接引脚:全功能引脚引出,方便拓展连接;

 

1.4、优势特点

图4-1 最小系统板尺寸图

  • 板子外观小巧精致,尺寸为50mm*74mm(1968.5mil/2913.4mil);
  • 支持使用C/C++/MicoPython语言开发,方便快速入门学习;
  • 提供TYPE-C串口,方便进行开发和调试;
  • 板载复位按键和BooT按键;
  • 支持2.5GWiFi和BT/BLE无线通信;
  • 具有两个三色灯以及四线OLED显示屏,满足初学者开发学习;
  • 使用嘉立创优质PCB以及立创商城正品元器件,保障产品质量;

 

2、主控介绍

 

2.1、ESP32-WROOM-32E-N8模组介绍

图2-1 模组示意图

 

  • 内置ESP32-DOWD-V3芯片,Xtensa双核32LX6微处理器,支持高达240Mhz的时钟频率
  • 448KB ROM
  • 520KB SRAM
  • 16KB RTC SRAM
  • N8代表模组内置8M Flash
  • 工作电压/供电电压:3.0~3.6V
  • PCB板载天线
  • 集成传统蓝牙BT,低功耗蓝牙BLE和Wi-Fi

 

2.2、ESP32模组内部电路图

图2-2 模组内部电路图原理图

 

2.3、模组示意注意事项

  1. 为确保ESP32芯片上电时的供电正常,EN管脚处需要增加RC延迟电路,RC通常建议为R=10K,C为1uf。具体数值根据模组电源的上电时序和芯片的上电复位时序进行调整。
  2. 模组最大工作电压为3.6V,不可直接接入5V进行供电。
  3. GPIO34~39是仅输入引脚,这些引脚没有内置上拉或下拉电阻,他们不能用作输出。
  4. ESP32有5个Strapping管脚,IO12、IO0、IO2、IO15、IO5,其中IO5和IO15启动是必须为高电平,IO12必须为低电平,这些模组均已进行设置,不可通过外置上拉或下拉电阻强行改变状态,否则会导致不能正常启动。
  5. 外部电源的供电电流最少需要0.5A,不建议使用小电流LDO驱动模组。

 

2.4 ESP32-WROOM-32E-N8模组商品介绍

  • 品牌:ESPRESSIF乐鑫
  • 厂家型号:ESP32-WROOM-32E-N8
  • 商品编号:C701342
  • 封装:SMD,18x25.5mm
  • 数据手册:下载文件
  • 商品毛重:2.49克(g)
  • 包装方式:编带
  • 购买链接:立创商城购买链接

 

3、工程设计

 

3.1、电源电路

      ESP32-WROOM-32E-N8模组需要3.3V电压供应,电源采用TYPE-C接口输入5V,再通过AMS1117降压芯片输出3.3V给芯片使用,AMS1117最大输出电流1A,足以满足模组供电需求。

图3-1 电源电路

 

3.2、主控电路

      将ESP32-WROOM-32E-N8模组可用引脚全部引出,在模组电源输入部分增加100nf滤波电容,为模组提供稳定的电源输入。

图3-2 主控电路

 

3.3 串口下载电路

      通过TYPE-C接口与CH340串口芯片与模组进行通信和下载程序,由于ESP32芯片具有不同的启动模式,通过使用两个三极管来实现自动下载的功能,无需手动切换电平来进入。

图3-3 串口自动下载电路

 

3.4 四线OLED屏幕接口电路

      通过2.54*4P排母与OLED屏幕进行连接,在IIC数据总线上,加入4.7K上拉电阻,在电源输入部分,加入100nf电容来稳定电源。

图3-4 OLED显示接口电路

 

3.5、RGB三色灯电路

      加入两个RGB三色灯外设,可以做为模组的简单测试使用。

图3-5 RGB三色灯电路

 

3.6、按键电路

      引出一个复位按键以及一个BOOT按键,BOOT按键在模组正常启动后,可作为一个普通按键使用,两个按键均加入RC延时电路,即可完成按键消抖,又为EN引脚的启动时序提供了模拟。

图3-6 按键电路

 

3.7、拓展接口电路

      通过两个2.54*12P排针将可用接口全部引出,同时加入2.54*2P排针来拓展电源部分,方便后续项目的使用。

图3-7 拓展接口电路

 

3.8、SCH_ESP32最小系统板

图3-8 整体原理图

 

3.9、PCB布局建议

图3-9 PCB布局图

  • 主控模组放置在板框中间,同时天线不要放置在板框内,避免干扰
  • 具有一定的空间能力,OLED显示屏是通过排母连接的,这边的显示屏丝印只是提示大小以及四周的螺丝位置,丝印内部是可以放置元器件的
  • 拓展排针放置在两侧,注意留出提示丝印的位置
  • 在四周放置螺丝孔,同时螺丝孔周围要放置禁止铺铜区放置短路
  • 滤波电容就近放置,电源要先经过电容再到芯片

 

3.10、PCB布线建议

图3-10 PCB布线参考图

  • 电源线设置为30mil,因为ESP32模组所需电流较大,信号线10mil即可
  • 以顶层走线为主,走不通或者需要绕很远则通过过孔切换到底层进行连接
  • 走线过程中优先走直线,不要直角或锐角走线,横平竖直,对称走线,保持设计美观。
  • 布线过程中以及走线完成后,适当放置GND过孔进行散热以及保证电流的回流路径尽可能短

 

3.11、丝印铺铜建议

图3-11-1 顶层铺铜

图3-11-2 底层铺铜

  • 添加丝印标志按键、外接引脚信息;
  • 在绘制调整完PCB后加上泪滴效果,使板子更加美观稳固;
  • 在元器件底下添加JLCJLCJLCJLC指定客编位置,成板美观;

 

4、编程开发

 

4.1、开发环境选择

      ESP32可以使用MicoPython/C/C++语言进行开发学习,使用MicoPython语言开发时建议使用Thonny IDE,C++语言开发时建议使用Arduino IDE。C语言开发建议使用VScode+IDF插件进行开发。

4.2、下载程序

      在上述各开发环境中,均已集成下载接口,大家在编写完代码之后,可自行下载调试,除此之外,如果想下载别人的固件,可以使用乐鑫官方的flash烧写工具,该工具我会放置在附件中。

图4-2 下载工具

 

5、实物验证

 

5.1物料清单

序号 名称 器件位号 参数 数量 封装 商品编号
1 TYPE-C接口 USBC1 TYPE-C-31-M-12 1 USB-C_SMD-TYPE-C-31-M-12 C165948
2 电阻 R5、R1、R4 1K 3 R0805 C17513
3 R2、R3 4.7K 2 C269746
4 R6、R7、R8、R9 10K 4 C17414
5 LED灯 LED3 红灯 1 LED_0805 C84256
6 LED1、LED2 RGB三色灯 2 LED-ARRAY-SMD_4P-L1.6-W1.5-BR_XL-1615RGBC-RF C965840
7 电容 C2、C4 10uf 2 C0805 C15850
8

C3、C5、C1、C6、C7、C9、C8

100nf 7 C38141
9 降压芯片 U1 AMS1117-3.3 1 SOT-223-3_L6.5-W3.4-P2.30-LS7.0-BR C6186
10 排母 U2 2.54*4P 1 OLED-TH_L27.8-W27.2-P2.54_C9900033791 C5248080
11 贴片按键 SW1、SW2 两脚贴片按键 2 Key_SMD_3.6x6.1x2.5 C118141
12 串口芯片 U3 CH340C 1 SOP-16_L10.0-W3.9-P1.27-LS6.0-BL C84681
13 ESP32模组 U4 ESP32-WROOM-32E-N8 1 WIFI-SMD_ESP32-WROOM-32E C701342
14 排针 H1、H2

2.54*12P

2 HDR-TH_12P-P2.54-V-M C2840012
15 H9、H6、H8、H7

2.54*2P

4 HDR-TH_2P-P2.54-V-M-1 C124375
16 三极管 Q1、Q2

SS8050

2 SOT-23-3_L2.9-W1.3-P1.90-LS2.4-BR C2150

 

5.2、器件焊接

      在嘉立创EDA专业板PCB编辑页,选择工具,打开焊接辅助工具,帮助快速定位器件位置。

图5-2-1 顶层焊接图

图5-2-2 底层焊接图

焊接注意事项

  • 首先焊接TYPE-C,确保TYPE-C没有焊接短路之后再焊其他的
  • 将贴片器件焊接完成之后再焊接插件排针排母
  • 在焊接芯片之前,用万用表测量一遍是否存在短路,放置烧坏芯片

 

5.3、成品展示

 

设计图

未生成预览图,请在编辑器重新保存一次

BOM

暂无BOM

附件

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