如何设计一个基于ESP32的微控制器开发板

最近我设计了一个基于 ESP32 的微控制器开发板。我用不同的程序和 Wi-Fi 共享测试了该板。现在我将在本文展示原理图、电路组装并对这个 DIY 板进行全面审查。

ESP32开发板：

ESP32 WiFi 和蓝牙芯片是最新一代的乐鑫产品。它有一个双核32位MCU，内部集成了WiFi HT40和蓝牙/BLE 4.2技术。

与 arduino ESP8266（上一代）相比，ESP32 wifi 和蓝牙芯片（也称为 ESP wroom 32）具有显着的性能提升。它配备了高性能双核 Tensilica LX6 MCU。一个核心处理高速连接，另一个用于独立应用程序开发。双核MCU频率为240 MHz，计算能力为600 DMIPS。

ESP32芯片（ESP wroom 32）集成了丰富的硬件外设，包括电容式触摸传感器、霍尔传感器、低噪声传感器放大器、SD卡接口、以太网接口、高速SDIO/SPI、UART、I2S和I2C等。

特征：

时钟频率高达 240 MHz 的单核或双核 32 位 LX6 微处理器。

520 KB 的 SRAM、448 KB 的 ROM 和 16 KB 的 RTC SRAM。

支持速度高达 150 Mbps 的 802.11 b/g/n Wi-Fi 连接。

支持经典蓝牙 v4.2 和 BLE 规范。

34 个可编程 GPIO。

多达 18 个 12 位 SAR ADC 通道和 2 个 8 位 DAC 通道

串行连接包括 4 x SPI、2 x I2C、2 x I2S、3 x UART。

用于物理 LAN 通信的以太网 MAC（需要外部 PHY）。

1 个用于 SD/SDIO/MMC 的主控制器和 1 个用于 SDIO/SPI 的从控制器。

电机 PWM 和多达 16 通道 LED PWM。

安全启动和闪存加密

电路设计：

我在 EasyEDA 中制作了原理图。我把USB转串口编程芯片改成了CH340g，方便又便宜。该 IC 需要两个晶体管，以便在程序编译完成时将 ESP32 的一般模式更改为编程模式。

所需组件：

1) ESP32 Wi-Fi 模块

2) Ch340g编程器IC

3) 10K、5k、1K电阻

4) 100nf电容

5）BC547晶体管

6) USB C 型

7）定制PCB

PCB设计：

如果您想使用设计，那么这里是下载链接，所有 3 个文件 Gerber、BOM 和 CPL 都是共享的。因此，您可以尝试JLCPCB的 SMT 服务。

这里我使用蓝色，HASL 表面处理，1.6mm 双层 PCB。我调整了组件以匹配市场上可用的原始 ESP32 板的参数。

测试：

我用 7 段显示器测试了这个 ESP32 模块，我从 Instructables 上的朋友那里得到了 7 段显示器的文件。该程序用于在 LCD 上显示数字。

注意：我注意到我的设计可能存在问题，上传草图编程器时不会自动切换到编程模式。因此，我们必须通过按下 BOOT 和 FLASH 按钮来给外部触发。

7段显示代码：

#include

#define PIXELS_PER_SEGMENT  2     // Number of LEDs in each Segment
#define PIXELS_DIGITS       1     // Number of connected Digits 
#define PIXELS_PIN          2     // GPIO Pin

Adafruit_NeoPixel strip = Adafruit_NeoPixel(PIXELS_PER_SEGMENT * 7 * PIXELS_DIGITS, PIXELS_PIN, NEO_GRB + NEO_KHZ800);

//Pixel Arrangement
/*
          a
        f   b
          g
        e   c
          d
*/

// Segment array
byte segments[7] = {
  //abcdefg
  0b0000001,     // Segment g
  0b0000100,     // Segment e
  0b0001000,     // Segment d
  0b0010000,     // Segment c
  0b0100000,     // Segment b
  0b1000000,     // Segment a
  0b0000010     // Segment f
};

//Digits array
byte digits[10] = {
  //abcdefg
  0b1111110,     // 0
  0b0110000,     // 1
  0b1101101,     // 2
  0b1111001,     // 3
  0b0110011,     // 4
  0b1011011,     // 5
  0b1011111,     // 6
  0b1110000,     // 7
  0b1111111,     // 8
  0b1110011      // 9
};

//Clear all the Pixels
void clearDisplay() {
  for (int i = 0; i < strip.numPixels(); i++) {
    strip.setPixelColor(i, strip.Color(0, 0, 0));
  }
  strip.show();
}

void setup() {
  strip.begin();
}

void loop() {
  //disp_Seg(200);                // Cycle through all segments        (DelayTime)
  disp_Digits(1000);            // Show digits from 0-9              (DelayTime)
  //disp_Animation();             // Show some Animations with the segments
 //disp_CountUP(500, 450);       // Count numbers in Ascending order  (NUMBER, DelayTime)
//  disp_CountDOWN(500, 250);     // Count numbers in Descending order (NUMBER, DelayTime)
}

void disp_Seg(int wait) {
  clearDisplay();
  for (int d = 0; d < 5; d++) {
    for (int i = 6; i > 0; i--) {
      for (int n = 0; n < PIXELS_DIGITS; n++) {
        writeSegment(n, i);
      }
      strip.show();
      delay(wait);
    }
  }
}

void disp_Digits(int wait) {
  clearDisplay();
  for (int i = 0; i < 10; i++) {
    for (int n = 0; n < PIXELS_DIGITS; n++) {
      writeDigit(n, i);
    }
    strip.show();
    delay(wait);
  }
}

void disp_CountUP(int num, int wait) {
  clearDisplay();
  for (int i = 0; i <= num; i++) {
    writeDigit(0, (i / 100) % 10);
    writeDigit(1, (i / 10) % 10);
    writeDigit(2, (i / 1) % 10);
    strip.show();
    delay(wait);
  }
}

void disp_CountDOWN(int num, int wait) {
  clearDisplay();
  for (int i = num; i >= 0; i--) {
    writeDigit(0, (i / 100) % 10);
    writeDigit(1, (i / 10) % 10);
    writeDigit(2, (i / 1) % 10);
    strip.show();
    delay(wait);
  }
}

void disp_Animation() {
  clearDisplay();
  //UP-DOWN
  for (int i = 0; i < 7; i++) {
    for (int n = 0; n < PIXELS_DIGITS; n++) writeSegment(n, 5);
    strip.show();
    delay(100);
    for (int n = 0; n < PIXELS_DIGITS; n++) writeSegment(n, 0);
    strip.show();
    delay(100);
    for (int n = 0; n < PIXELS_DIGITS; n++) writeSegment(n, 2);
    strip.show();
    delay(100);
    for (int n = 0; n < PIXELS_DIGITS; n++) writeSegment(n, 0);
    strip.show();
    delay(100);
    for (int n = 0; n < PIXELS_DIGITS; n++) writeSegment(n, 5);
    strip.show();
    delay(100);
  }
  //LEFT-RIGHT
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    for (int n = 0; n < PIXELS_DIGITS; n++) {
      writeSegment(n, 6);
      strip.show();
      delay(150);
    }
    for (int n = PIXELS_DIGITS - 1; n >= 0; n--) {
      writeSegment(n, 3);
      strip.show();
      delay(150);
    }
    clearDisplay();
    for (int n = 0; n < PIXELS_DIGITS; n++) {
      writeSegment(n, 1);
      strip.show();
      delay(150);
    }
    for (int n = PIXELS_DIGITS - 1; n >= 0; n--) {
      writeSegment(n, 4);
      strip.show();
      delay(150);
    }
    clearDisplay();
  }
  //ZIG-ZAG
  for (int i = 0; i < 5; i++) {
    for (int n = 0; n < PIXELS_DIGITS; n++) {
      writeSegment(n, 6);
      strip.show();
      delay(125);
      clearDisplay();
      writeSegment(n, 1);
      strip.show();
      delay(125);
      clearDisplay();
      writeSegment(n, 4);
      strip.show();
      delay(125);
      clearDisplay();
      writeSegment(n, 3);
      strip.show();
      delay(125);
      clearDisplay();
    }
  }
}

void writeDigit(int index, int val) {
  byte digit = digits[val];
  for (int i = 6; i >= 0; i--) {
    int offset = index * (PIXELS_PER_SEGMENT * 7) + i * PIXELS_PER_SEGMENT;
    uint32_t color;
    if (digit & 0x01 != 0) {
      if (val == 1) color = strip.Color(50, 0,  0);
      if (val == 2) color = strip.Color(50, 50, 0);
      if (val == 3) color = strip.Color(50, 0, 50);
      if (val == 4) color = strip.Color(0, 50,  0);
      if (val == 5) color = strip.Color(0, 50, 50);
      if (val == 6) color = strip.Color(0,  0, 50);
      if (val == 7) color = strip.Color(50, 25, 0);
      if (val == 8) color = strip.Color(25, 5, 75);
      if (val == 9) color = strip.Color(75, 25, 5);
      if (val == 0) color = strip.Color(5, 75, 25);
    }
    else
      color = strip.Color(0, 0, 0);

    for (int j = offset; j < offset + PIXELS_PER_SEGMENT; j++) {
      strip.setPixelColor(j, color);
    }
    digit = digit >> 1;
  }
}

void writeSegment(int index, int val) {
  byte seg = segments[val];
  for (int i = 6; i >= 0; i--) {
    int offset = index * (PIXELS_PER_SEGMENT * 7) + i * PIXELS_PER_SEGMENT;
    uint32_t color;
    if (seg & 0x01 != 0) {
      if (val == 0) color = strip.Color(50, 0, 0);
      if (val == 1) color = strip.Color(0, 50, 50);
      if (val == 2) color = strip.Color(0, 50, 0);
      if (val == 3) color = strip.Color(50, 0, 50);
      if (val == 4) color = strip.Color(50, 50, 50);
      if (val == 5) color = strip.Color(0, 0, 50);
      if (val == 6) color = strip.Color(50, 50, 0);
    }
    else
      color = strip.Color(0, 0, 0);

    for (int j = offset; j < offset + PIXELS_PER_SEGMENT; j++) {
      strip.setPixelColor(j, color);
    }
    seg = seg >> 1;
  }
}

可能会遇到的故障：

1) 如果您不使用 SMT 服务，请正确制作焊点。

2) 焊接时不要过度加热 Wi-Fi 模块。

3）如果微控制器没有切换到编程模式，则重新启动并使用触觉按钮闪烁控制器。