ESP32-LyraT V4.3 硬件参考
本文档介绍 ESP32-LyraT V4.3 音频开发板的功能说明与配置选项。如需了解 LyraT 的功能与基本用法，请参阅 ESP32-LyraT V4.3 入门指南。若您使用的开发板版本不同，请查看 其他 LyraT 开发板版本 一节。
概述
ESP32-LyraT 开发板面向搭载 ESP32 双核芯片的音频应用领域，如 Wi-Fi 或蓝牙音箱、基于语音的遥控器、具备音频功能的智能家居设备等。
下方框图展示了 ESP32-LyraT 的主要组件。
ESP32-LyraT V4.3 电气框图
功能说明
以下列表与图示介绍了 ESP32-LyraT 开发板的主要组件、接口与控制方式。
- ESP32-WROVER-E 模组
ESP32-WROVER-E 模组采用 ESP32 芯片，可实现 Wi-Fi/蓝牙连接和数据处理，同时集成 4 MB 外部 SPI flash 和 8 MB PSRAM，可实现灵活的数据存储。
- 绿色 LED
由 ESP32-WROVER-E 模组 控制的通用 LED，可通过专用 API 指示音频应用的特定运行状态。
- 功能 DIP 开关
用于配置 GPIO12 至 GPIO15 引脚的功能，这些引脚在多个器件之间复用，主要在 JTAG 排针 与 MicroSD 卡 之间共享。默认情况下，所有开关处于 OFF 位置时启用 MicroSD 卡。若要启用 JTAG 排针，应将位置 3、4、5 和 6 的开关拨至 ON。若未使用 JTAG 且 MicroSD 卡 以一线模式运行，则 GPIO12 和 GPIO13 可分配给其他功能。详情请参阅 ESP32-LyraT V4.3 原理图。
- JTAG 排针
提供 ESP32-WROVER-E 模组 JTAG 接口的访问。可用于调试、应用程序上传，以及实现其他功能，例如 应用层跟踪。引脚定义请参阅 JTAG 排针 / JP7。在使用 JTAG 信号连接排针之前，应启用 功能 DIP 开关。请注意，JTAG 运行时无法使用 MicroSD 卡，应断开 MicroSD 卡，因为部分 JTAG 信号由两个器件共享。
- UART 排针
串口：提供 ESP32-WROVER-E 模组 与 USB-UART 桥接芯片 之间串行 TX/RX 信号的访问。
- I2C 排针
提供 I2C 接口的访问。ESP32-WROVER-E 模组 与 音频编解码芯片 均连接至该接口。引脚定义请参阅 I2C 排针 / JP5。
- MicroSD 卡槽
开发板支持 SPI/1-bit/4-bit 模式的 MicroSD 卡，可在 MicroSD 卡中存储或播放音频文件。请注意，MicroSD 卡 运行时无法使用 JTAG，应通过设置 功能 DIP 开关 断开 JTAG，因为部分信号由两个器件共享。
- I2S 排针
提供 I2S 接口的访问。ESP32-WROVER-E 模组 与 音频编解码芯片 均连接至该接口。引脚定义请参阅 I2S 排针 / JP4。
- 左侧麦克风
板载麦克风，连接至 音频编解码芯片 的 IN1。
- AUX 输入
辅助输入插座，连接至 音频编解码芯片 的 IN2（左声道与右声道）。请使用 3.5 mm 立体声插头连接此插座。
- 耳机输出
输出插座，可连接 3.5 mm 立体声耳机。
备注
该插槽可接入移动电话耳机，只与 OMPT 标准耳机兼容，与 CTIA 耳机不兼容。更多耳机标准信息请访问维基百科 Phone connector (audio) 词条。
ESP32-LyraT V4.3 开发板布局
- 右侧麦克风
板载麦克风，连接至 音频编解码芯片 的 IN1。
- 左侧扬声器输出
音频输出插槽，可连接扬声器。建议使用 4 欧姆 3 瓦特扬声器。引脚间距为 2.00 mm / 0.08”。
- 右侧扬声器输出
音频输出插槽，可连接扬声器。建议使用 4 欧姆 3 瓦特扬声器。引脚间距为 2.00 mm / 0.08”。
- PA 芯片
功率放大器，用于放大 音频编解码芯片 输出的立体声音频信号，以驱动两个扬声器。
- 启动/复位按键
启动按键：长按 Boot 键，然后按下 Reset 键进入烧写模式，此时可通过串行端口上传固件。复位按键：仅按下此按键可重置系统。
- 触摸按键
四个触摸按键，标有 Play、Sel、Vol+ 和 Vol-。它们连接至 ESP32-WROVER-E 模组，用于通过专用 API 开发并测试音频应用的用户界面。
- 音频编解码芯片
音频编解码芯片 ES8388 是一款低功耗立体声编解码器，内置耳机放大器。它由双通道 ADC、双通道 DAC、麦克风放大器、耳机放大器、数字音效处理器、模拟混音和增益控制功能组成。该芯片通过 I2S 和 I2C 总线与 ESP32-WROVER-E 模组 连接，可在硬件中独立完成音频处理，无需依赖音频应用软件。
- 自动上传
在此排针上安装三个跳线，可启用向 ESP32 自动加载应用程序。三个排针上需同时安装全部跳线。上传完成后请移除所有跳线。
- 功能按键
两个按键，标有 Rec 和 Mode。它们连接至 ESP32-WROVER-E 模组，用于通过专用 API 开发并测试音频应用的用户界面。
- USB-UART 桥接芯片
单芯片 USB-UART 桥接器，最高传输速率可达 1 Mbps。
- USB-UART 接口
作为 PC 与 ESP32 模组之间的通信接口。
- USB 供电接口
为开发板供电。
- 待机/充电指示灯
绿色 待机 指示灯亮起时，表示 Micro USB 接口 已接入电源；红色 充电 指示灯亮起时，表示连接至 电池接口 的电池正在充电。
- 电池接口
两针插座，用于连接单节锂离子电池。
备注
请确认电池插头极性与插座旁丝印标注的极性一致。
- 电池充电芯片
AP5056 恒流恒压线性充电器，用于单节锂离子电池。通过 Micro USB 接口 为连接至 电池接口 的电池充电。
- 电源指示灯
红色 LED，表示 电源开关 已开启。
备注
电源开关 不影响/不断开锂离子电池的充电。
- 电源开关
电源开/关旋钮：向左拨动则开发板电源开启，向右拨动则电源关闭。
硬件配置选项
可通过 功能 DIP 开关 调整 ESP32-LyraT 开发板的若干硬件配置。
启用一线模式 MicroSD 卡
DIP SW |
Position |
|---|---|
1 |
OFF |
2 |
OFF |
3 |
OFF |
4 |
OFF |
5 |
OFF |
6 |
OFF |
7 |
OFF 1 |
8 |
n/a |
将 DIP SW 7 拨至 ON 可启用 AUX 输入 检测。请注意，系统上电时 AUX 输入 信号引脚不应插入，否则 ESP32 可能无法正常启动。
在此模式下：
JTAG 功能不可用
Vol- 触摸按键可通过 API 使用
启用四线模式 MicroSD 卡
DIP SW |
Position |
|---|---|
1 |
ON |
2 |
ON |
3 |
OFF |
4 |
OFF |
5 |
OFF |
6 |
OFF |
7 |
OFF |
8 |
n/a |
在此模式下：
JTAG 功能不可用
Vol- 触摸按键不可通过 API 使用
无法通过 API 进行 AUX 输入 检测
启用 JTAG
DIP SW |
Position |
|---|---|
1 |
OFF |
2 |
OFF |
3 |
ON |
4 |
ON |
5 |
ON |
6 |
ON |
7 |
ON |
8 |
n/a |
在此模式下：
MicroSD 卡 功能不可用，请从卡槽中取出 MicroSD 卡
Vol- 触摸按键不可通过 API 使用
无法通过 API 进行 AUX 输入 检测
使用自动上传
可通过以下两种方式使 ESP32 进入上传模式：
手动方式：同时按下 Boot 和 RST 键，先松开 RST，再松开 Boot 键。
自动方式：由上传软件执行。软件使用串行接口的 DTR 和 RTS 信号控制 ESP32 的 EN、IO0 和 IO2 引脚状态。在 JP23、JP24 和 JP25 三个排针上安装跳线即可启用此功能。详情请参阅 ESP32-LyraT V4.3 原理图。上传完成后请移除所有跳线。
ESP32 引脚分配
ESP32 模组的若干引脚已分配给板载硬件。其中部分引脚（如 GPIO0 或 GPIO2）具有多种功能。具体详情请参阅下表或 ESP32-LyraT V4.3 原理图。
GPIO Pin |
Type |
Function Definition |
|---|---|---|
SENSOR_VP |
I |
Audio Rec (PB) |
SENSOR_VN |
I |
Audio Mode (PB) |
IO32 |
I/O |
Audio Set (TP) |
IO33 |
I/O |
Audio Play (TP) |
IO27 |
I/O |
Audio Vol+ (TP) |
IO13 |
I/O |
JTAG MTCK, MicroSD D3, Audio Vol- (TP) |
IO14 |
I/O |
JTAG MTMS, MicroSD CLK |
IO12 |
I/O |
JTAG MTDI, MicroSD D2, Aux signal detect |
IO15 |
I/O |
JTAG MTDO, MicroSD CMD |
IO2 |
I/O |
Automatic Upload, MicroSD D0 |
IO4 |
I/O |
MicroSD D1 |
IO34 |
I |
MicroSD insert detect |
IO0 |
I/O |
Automatic Upload, I2S MCLK |
IO5 |
I/O |
I2S SCLK |
IO25 |
I/O |
I2S LRCK |
IO26 |
I/O |
I2S DSDIN |
IO35 |
I |
I2S ASDOUT |
IO19 |
I/O |
Headphone jack insert detect |
IO22 |
I/O |
Green LED indicator |
IO21 |
I/O |
PA Enable output |
IO18 |
I/O |
I2C SDA |
IO23 |
I/O |
I2C SCL |
(TP) - touch pad
(PB) - push button
扩展排针引脚
开发板提供若干排针，用于连接外部组件、检查特定信号总线状态或调试 ESP32 运行。请注意，部分信号存在复用，详情请参阅 ESP32 引脚分配 一节。
UART 排针 / JP2
Header Pin |
|
|---|---|
1 |
3.3V |
2 |
TX |
3 |
RX |
4 |
GND |
I2S 排针 / JP4
I2C Header Pin |
ESP32 Pin |
|
|---|---|---|
1 |
MCLK |
GPI0 |
2 |
SCLK |
GPIO5 |
1 |
LRCK |
GPIO25 |
2 |
DSDIN |
GPIO26 |
3 |
ASDOUT |
GPIO35 |
3 |
GND |
GND |
I2C 排针 / JP5
I2C Header Pin |
ESP32 Pin |
|
|---|---|---|
1 |
SCL |
GPIO23 |
2 |
SDA |
GPIO18 |
3 |
GND |
GND |
JTAG 排针 / JP7
ESP32 Pin |
JTAG Signal |
|
|---|---|---|
1 |
MTDO / GPIO15 |
TDO |
2 |
MTCK / GPIO13 |
TCK |
3 |
MTDI / GPIO12 |
TDI |
4 |
MTMS / GPIO14 |
TMS |
备注
启用 MicroSD 卡 时无法使用 JTAG。
电源分配说明
开发板具有较为完善的电源分配系统，为所有关键组件提供独立电源。这有助于降低数字组件对音频信号的噪声干扰，并改善各组件的整体性能。
电源分离
主电源为 5V，由 USB 提供。次级电源为 3.7V，由可选电池提供。USB 电源通过专用线缆供电，与用于应用程序上传的 USB 线缆分开。为进一步降低 USB 噪声，也可使用电池代替 USB 供电。
ESP32 LyraT V4.3 - 电源分离
三个独立 LDO
ESP32 模组
为 ESP32 提供足够电流，开发板采用 LD1117S33CTR LDO，最大输出电流可达 800 mA。
ESP32 LyraT V4.3 - ESP32 模组专用 LDO
MicroSD 卡 与 音频编解码芯片
MicroSD 卡与音频编解码芯片各配备一个独立 LDO。两个电路采用相似设计，在 LDO 输入端和输出端均包含电感与双重去耦电容。
ESP32 LyraT V4.3 - MicroSD 卡专用 LDO
PA 独立供电
音频放大单元采用两枚 NS4150，驱动外部扬声器时需要较大功率，最大输出功率为 3 W。电源由电池或 USB 直接供给两枚 PA。开发板在 PA 电源前端加入 LC 电路，其中 L 采用 1.5 A 磁珠，C 采用 10 uF 铝电解电容，以有效滤除电源串扰。
ESP32 LyraT V4.3 - PA 电源
音频输出选择
开发板采用两枚单声道 D 类放大器 IC，型号 NS4150，最大输出功率 3 W，工作电压 3.0 V 至 5.25 V。
音频输入源为 ES8388 数模转换器（DAC）输出。音频输出支持两个外接扬声器。
可选音频输出为耳机，其信号来自与放大器 IC 相同的 DAC。
在扬声器和耳机之间切换时，开发板提供数字输入信号以检测耳机插孔是否插入，并提供数字输出信号以启用或禁用放大器 IC。换言之，扬声器与耳机的选择由软件控制，而非采用会在插入耳机时断开扬声器的机械触点。
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