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ESP32-S3 开发板配套物联网扩展板的设计与制作

在完成之前的 《ESP32-S3 最小开发板》 之后,想到很长一段时间,都是用 ESP32-S3 做物联网相关的应用。在这过程中,又会碰到一些会经常重复使用的模块,例如 LCD 屏幕、I2C 外设等,这个时候如果有一个现成的扩展板,就可以省去很多通过杜邦线连接模块的时间,提升应用开发效率。

在做完 ESP32-S3 最小开发板之后,我就根据自己的需求,并且参考了一些其他扩展板,开始设计一个主要用于物联网领域的扩展板。

设计目标

和 ESP32-S3 最小开发板一样,为了使初学者更容易使用,这次的扩展板也会基于容易焊接的前提去规划,主要使用 0805 元件和 2.54mm 排母插件,其中多数元件以模块的方式来引入,这样可以在淘宝购买对应的模块直插,避免在模块的电路设计上花费太多时间。

整个扩展板以输入模块、输出模块和总线模块三部分组成,对应到物联网开发中的大多数展示以及交互场景。

输入模块

  • 5 个用户按键
    • 接受用户输入,可以作为方向键,也可以模拟鼠标移动和按下操作
  • 多功能按键
    • 常见的手持设备,会提供一个多功能按键来实现向上、向下、按压三种操作
  • TF 读卡器
    • 用于数据文件的保存和读取

输出模块

  • LCD 屏幕
    • 显示界面和数据
  • WS2812 LED
    • 状态指示,灯光效果

总线模块

  • I2C 总线
    • 常见传感器模块都支持 I2C 通信,需要支持多个 I2C 模块同时连接
  • SPI 总线
    • 和屏幕或者 TF 读卡器模块进行通信


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做一个 ESP32-S3 开发板

接触立创 EDA 和嘉立创 PCB 打样服务之后,一直想从头设计一块 PCB,刚好前段时间立创硬件开源平台搞活动,就又薅了一把羊毛,蹭了立创商城的器件券,和嘉立创的打样券,相当于费用全免,做了一块开发板。

因为一直在玩 IoT,因此 MCU 就选择了最熟悉的乐鑫 ESP32-S3,这款 MCU 内置了 Wi-Fi 和蓝牙,官方支持 Arduino 开发框架,GPIO 数量相对前代 ESP8266 也多了很多,而且支持了 PSRAM,在一些高内存应用场合也可以放心使用了。看在免费的情况下,直接选了顶配 N16R8 型号,16MB Flash + 8MB PSRAM 足够应对绝大部分场景。

需求

除开嘉立创搞活动这个原因,在设计这款开发板之前,我也在淘宝上买过 ESP32-S3 的开发板,但是在使用过程中总会碰到各种不满意的地方,因此借这个机会就一起解决了。

宽度要小

在平时做原型验证的时候,会经常要使用到面包板,像下面这种常见的款式。

esp32devkit-breadboard

但是淘宝上常见的 ESP32-S3 开发板的宽度都稍微宽了一些,在插到这个面包板上之后,左右两侧的 GPIO 只能有一侧可以露出接线孔,这样在使用杜邦线或者跳线连接的时候,就非常不方便。

双 USB Type-C 接口

ESP32 系列在 ESP32-S2 之后, 就已经增加了对 USB 设备驱动的支持,可以通过 …

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