ESP-Mosaico V1.0

备注

本文档对应 CoreBoard V1.0 硬件。请查看主板上的丝印版本号，以确认您的开发板版本。

本指南将帮助您快速上手 ESP-Mosaico，并提供该款开发板的详细信息。

ESP-Mosaico 是一款基于 ESP32-S31 的可扩展智能交互开发套件，适用于磁吸扩展玩具、运动感知交互、方形触摸屏 HMI、端侧语音与多媒体等应用。设备集成 480 × 480 QSPI 方形触摸屏、ES8311 音频编解码、NS4150B 功放、BMI270 六轴 IMU、双 BMM150 磁力计、SPI NAND flash，以及左右两个 2 × 10P、2.54 mm 标准间距端子的模块接口。

ESP-Mosaico 主控采用乐鑫 ESP32-S31，支持 2.4 GHz Wi-Fi 6（IEEE 802.11b/g/n/ax）、Bluetooth® 5.4（LE + BR/EDR）以及 IEEE 802.15.4（Thread / Zigbee）。存储方面，整机配置封装内 16 MB PSRAM、板载 16 MB SPI NOR flash 与板载 1 Gbit SPI NAND flash，满足图形界面、多媒体与资源缓存需求。显示方面配备 CO5300 驱动的 480 × 480 QSPI 方形触摸屏，触摸控制器为 CST9220 系列。

音频方面，ESP-Mosaico 集成 ES8311 编解码芯片、NS4150B D 类功放。电源系统兼容 USB Type-C 5 V 供电与 3.7 V / 65 mAh 锂电池供电，板载 TP4057 充电、BQ27220 电量计与 SAM8108 开关机控制；Type-C 接口与左右模块接口均支持电源输入与输出。此外，板载 USB 2.0 High-Speed OTG 接口可用于供电、调试与通信，并预留 UART 扩展能力与左右模块接口。

本指南包括如下内容：

入门指南：简要介绍了开发板和硬件、软件设置指南。
硬件参考：详细介绍了开发板的硬件。
硬件版本：介绍硬件历史版本和已知问题（如有）。
相关文档：列出了相关文档的链接。
免责声明和版权公告: 链接到免责声明和版权公告。

入门指南

本小节将简要介绍 ESP-Mosaico，说明如何在 ESP-Mosaico 上烧录固件及相关准备工作。

组件介绍

ESP-Mosaico 由 CoreBoard（核心板）和 BaseBoard（底板）组成。下文先介绍正面视图及其主要组件，再介绍背面视图及其主要组件。

正面

以下按照顺时针的顺序依次介绍正面 PCB 上的主要组件。

序号	主要组件	描述
	CoreBoard（核心板）	核心板，集成主控芯片、射频天线、电源管理、显示接口、音频编解码与传感器等。
1	ESP32-S31NRV16	ESP32-S31 主控芯片，RISC-V 32 位双核，最高 320 MHz，芯片内封装 16 MB PSRAM；支持 2.4 GHz Wi-Fi 6、Bluetooth 5.4（LE + BR/EDR）与 IEEE 802.15.4。
2	KH-3216-A35 Ceramic Antenna（陶瓷天线）	2.4 GHz 贴片陶瓷天线，用于 Wi-Fi 与 Bluetooth 射频收发。
3	Orange LED（橙色 LED）	程序可控单色状态灯，连接 GPIO3，低电平点亮。
4	TLV62569	降压 (DCDC) 转换芯片，将输入电源转换为系统 3.3 V。
5	BMM150	三轴地磁传感器（BMM150 #2），I2C 地址 0x11。
6	SY7088	升压 (BOOST) 转换芯片，为需高于电池电压的电路供电。
7	Display Connector（显示屏连接座）	用于连接 480 × 480、2.16 寸 QSPI 触摸屏（CO5300 驱动 + CST9220 触摸）。
8	TP4057	锂电池充电管理芯片，为板载锂电池充电。
9	BQ27220	电池电量计，I2C 地址 0x55，用于电压、电流、电量 (SOC) 等状态检测。
10	3V3 Power LED（3.3 V 电源指示灯）	开机后，3.3 V 供电正常时点亮；关机时熄灭。
11	HUSB320	USB Type-C 接口控制器，负责 CC 逻辑检测，并据此控制 USB 供电方向。
12	Charge LED（充电指示灯）	充电状态指示：红灯表示充电中，绿灯表示已充满。
13	SAM8108	开关机控制芯片，配合 POWER 按键实现整机开关控制。
14	HE9073A33	低压差稳压器 (LDO)，为音频 codec 提供独立供电以降低噪声。
15	NS4150B	低 EMI、无需滤波器的 3 W 单声道 D 类功放，用于驱动扬声器。
16	ES8311	低功耗单声道音频编解码芯片，I2C 地址 0x19，通过 I2S 与主控传输音频数据。
17	BMM150	三轴地磁传感器（BMM150 #3），I2C 地址 0x12。
18	BMI270	六轴 IMU（加速度计 + 陀螺仪），I2C 地址 0x69。
19	GD25Q128EWIGR	16 MB (128 Mbit) SPI NOR flash，用于程序与数据存储。
20	GD5F1GM7UEYIGR	1 Gbit（128 MB）SPI NAND flash，用于大容量资源存储。
	BaseBoard（底板）	底板，集成扬声器、电池与左右 2 × 10P 模块接口，通过板对板连接座与核心板对接。
21	Speaker（喇叭）	板载扬声器，由 NS4150B 功放驱动。
22	BTB Connector（主副板连接座）	60 针 0.5 mm 板对板连接座，用于连接 CoreBoard 与 BaseBoard。
23	Expansion Header 1（外扩排针 1）	2 × 10P、2.54 mm 双排扩展排针，引出 GPIO 与电源，用于功能扩展。
24	Battery（电池）	3.7 V / 65 mAh 锂电池，为整机提供便携供电。
25	Expansion Header 2（外扩排针 2）	另一组扩展排针，引出剩余 GPIO 与电源。

背面

以下按照顺时针的顺序依次介绍背面 PCB 上的主要组件。

序号	主要组件	描述
	CoreBoard（核心板）	核心板背面，引出按键、Type-C 接口、麦克风与振动马达等。
1	BTB Connector（板对板连接座）	与 BaseBoard 对接的板对板连接座（背面侧）。
2	Vibration Motor（震动马达）	振动马达，由 GPIO8 控制（高电平开启），用于触觉反馈。
3	BOOT Button（BOOT 按键）	上电时按住可进入固件下载模式。
4	LMA2718B331-OE1	板载麦克风，连接至 ES8311，用于语音采集。
5	Type-C Connector（Type-C 接口）	USB 2.0 High-Speed 接口，用于供电、调试下载与 USB 通信，并支持锂电池充电。
6	POWER Button（开关机按键）	单击切换整机开关机状态（POWER 按键）。
7	Function Button（功能按键）	应用按键，连接 GPIO7，低电平有效。
	BaseBoard（底板）	底板背面，提供调试触点与背扩供电触点。
8	Debug Pads（调试触点）	引出 GND / TX / RX / BOOT / EN / 3V3 等调试信号的测试点。
9	Back Expansion Pads（背扩触点）	背面扩展触点，引出 I2C 与供电接口，可用于给设备供电。

开始开发应用

通电前，请确保 ESP-Mosaico 完好无损。

必备硬件

ESP-Mosaico
USB 数据线（支持数据传输）
电脑（Windows、Linux 或 macOS）

备注

请确保使用适当的 USB 数据线。部分数据线仅可用于充电，无法用于数据传输和编程。

硬件说明

烧录方式

请使用 USB 数据线，将 ESP-Mosaico 通过板载 Type-C 接口连接至电脑。该接口为 USB 2.0 High-Speed，可同时供电并完成 USB 协议数据通信。原生 ESP32-S31 芯片仅支持在烧录模式下通过该接口烧录固件，不具备自动烧录与日志输出能力。出厂固件已集成 CDC 虚拟串口，支持自动烧录和串口日志输出。若无法烧录，可尝试在关机状态下按住 BOOT 按键后再开机，进入烧录模式。此外，左右模块接口分别提供 USB Serial/JTAG（左侧）和 TX/RX 串口（右侧），均可用于调试和下载程序。
电源说明

Type-C 接口可为设备供电，内部电池的额定充电电流为 65 mA；当插入用电端设备时，Type-C 接口会自动切换为供电模式，最大输出 5 V / 500 mA，超出 1 A 时会自动断电，并会隔一段时间自动恢复。左右两侧模块接口提供向外供电的 3.3 V 与 5 V 引脚（3V / 5V），这两个电源仅在 GPIO60 置低时才会输出。VIN 为向设备供电的接口，同时也会为设备内电池充电。

软件设置

请前往 ESP-IDF 快速入门章节查看如何快速设置开发环境。本开发板目标芯片为 esp32s31。

备注

开发板使用 USB 端口与电脑通信。大多数操作系统（Windows、Linux、macOS）已预装所需驱动，开发板插入后可自动识别。如无法识别设备或无法建立串口连接，请参考与 ESP32-S31 建立串口连接获取安装驱动的详细步骤。

板级支持包与示例

乐鑫为 ESP-Mosaico 提供了板级支持包 (BSP)，可帮助您更轻松地初始化 LCD、触摸、音频、传感器、电池、NAND flash、模块资源与 USB 控制台等外设。

BSP 与示例工程：esp-mosaico
推荐结合 ESP-Claw 应用开发框架进行开发。
推荐首次烧录后使用 BSP 提供的 USB CDC 控制台与自动下载能力。典型命令：

idf.py set-target esp32s31
idf.py -p /dev/ttyACM0 flash monitor

备注

首次烧录可能需要手动进入 ROM 下载模式。
芯片复位时 USB 设备会短暂断开，IDF Monitor 通常会自动重连。
若仅附加监视器而不希望复位应用，可使用 monitor --no-reset。
相关配置项：CONFIG_BSP_USB_CONSOLE、 CONFIG_BSP_USB_CONSOLE_AUTO_INIT、 CONFIG_BSP_USB_AUTO_DOWNLOAD。

硬件参考

功能框图

ESP-Mosaico 的主要组件和连接方式如下图所示。

电源选项

可通过以下方法为开发板供电：

通过 Type-C（USB-C 接口） 供电

使用 USB Type-C 数据线连接设备的 Type-C 接口。
通过 背部触点 供电

通过 BaseBoard 背面的背扩触点引入外部电源，即可对设备进行供电。
通过 电池 供电

设备支持 3.7 V / 65 mAh 锂电池供电。

无论采用何种供电方式，均通过 POWER 按键完成开关机。上述外部供电方式可对设备内锂电池进行充电。

Type-C 接口

Type-C 接口连接 ESP32-S31 USB 2.0 High-Speed OTG，用于供电、调试与应用通信；板载 USB Serial/JTAG 相关信号用于下载与调试。应用侧推荐使用 BSP 的 USB CDC 控制台与自动下载功能。

DCDC 3.3 V 电路

板载 TLV62569 将 VDD 降压为 MCU_3V3，再经 VCC_PW 控制的负载开关输出 VCC_3V3。图中 U7 为 3.3 V 电源指示灯。

电源控制相关 GPIO（BSP 定义）：

信号	GPIO	说明
VCC_3V3 / VCC_PW	GPIO60	系统 3.3 V 轨控制，低电平有效；开启时 BSP 默认做软启动斜坡。
CODEC_3V3	GPIO56	Codec 电源控制，高电平有效。
POWER_SWITCH	GPIO57	请求整机关机；BSP 正常运行时保持高阻，关机时以开漏方式拉低。

BOOST 电路

板载 SY7088 升压电路，由 VCC_3V3 使能，输出 VOUT_BOOST，为需高于电池电压的电路供电。

开关机电路

SAM8108 配合 POWER 按键实现整机开关控制；POWER_SWITCH 信号亦可由软件监测或请求关机。

MCU 与管脚分配

下表按功能分组列出 ESP-Mosaico BSP 中的主要管脚分配。

ESP-Mosaico 主要管脚分配
分类	信号	GPIO	说明
I2C / 传感器	I2C0_SDA	GPIO0	共享 I2C：触摸、ES8311、BMI270、BMM150、BQ27220、模块 EEPROM
	I2C0_SCL	GPIO1	共享 I2C 时钟
	SENSOR_INT	GPIO2	IMU / 磁力计中断或信号
	TOUCH_INT	GPIO6	触摸中断
人机交互	STATUS_LED	GPIO3	橙色状态灯，程序可控，低电平点亮
	AI_BUTTON	GPIO7	应用按键，低电平有效
	MOTOR	GPIO8	振动马达，高电平开启
LCD	LCD_DATA3	GPIO9	CO5300 QSPI DATA3
	LCD_DATA2	GPIO35	CO5300 QSPI DATA2
	LCD_DATA0	GPIO36	CO5300 QSPI DATA0
	LCD_RST	GPIO42	LCD 复位
	LCD_TE	GPIO43	LCD_TE 防撕裂同步
	LCD_SCL	GPIO44	QSPI 时钟
	LCD_CS	GPIO50	LCD 片选
	LCD_DATA1	GPIO51	CO5300 QSPI DATA1
音频	I2S_BCK	GPIO37	音频位时钟
	I2S_DOUT	GPIO40	音频数据输出（DAC）
	PA_CTRL	GPIO45	功放使能
	I2S_WS	GPIO49	音频帧时钟（字选择）
	I2S_DIN	GPIO52	音频数据输入（ADC）
	I2S_MCLK	GPIO54	音频主时钟
	CODEC_PW	GPIO56	Codec 3.3 V 电源控制
电源	POWER_SWITCH	GPIO57	开关机请求
	VCC_3V3_CTRL	GPIO60	系统 3.3 V 电源控制
NAND Flash	NAND_CLK	GPIO20	SPI NAND（SD_D0）
	NAND_D	GPIO21	SPI NAND（SD_D1 / SIO0）
	NAND_Q	GPIO22	SPI NAND（SD_D2 / SIO1）
	NAND_CS	GPIO23	SPI NAND（SD_D3）
	NAND_HOLD	GPIO24	SPI NAND（SD_CLK / SIO3）
	NAND_WP	GPIO25	SPI NAND（SD_CMD / SIO2）

I2C 设备地址

共享 I2C 总线（I2C0_SDA / I2C0_SCL）上的 7-bit 地址如下。其中板载器件位于 CoreBoard / BaseBoard；模块 EEPROM 位于外接模块上，不在主板上，仅在对应模块插槽接入带 EEPROM 的模块时出现。

I2C 地址	器件	说明
0x11	BMM150 #2	板载三轴地磁传感器
0x12	BMM150 #3	板载三轴地磁传感器
0x19	ES8311	板载音频编解码芯片
0x50	模块 EEPROM（Left）	位于左侧模块上，不在主板；由 GPIO14 低电平选通
0x51	模块 EEPROM（Right）	位于右侧模块上，不在主板；由 GPIO39 高电平选通
0x55	BQ27220	板载电池电量计
0x5A	CST9220	板载触摸控制器
0x69	BMI270	板载六轴 IMU

LCD 接口

LCD 驱动芯片：CO5300，QSPI 接口，分辨率 480 × 480。
触摸控制器：CST9220 系列，I2C 接口（TP_SCL / TP_SDA / TP_RST / TP_INT）。

振动马达接口

振动马达由 MOTOR (GPIO8) 经低边 MOSFET 驱动，高电平开启。

模块接口

BaseBoard 提供两组 2 × 10P、2.54 mm 间距外扩排针（H2 左侧 / H1 右侧），引出 GPIO、UART、USB Serial/JTAG、电源与地，便于二次开发与功能扩展。除电源与地外，所有扩展信号脚均支持 GPIO，并可通过 GPIO 交换矩阵灵活映射外设功能。下表中的 ADC / TOUCH / COMP / DAC 等标注为该脚的模拟功能能力，不限制其作为通用 GPIO 使用。

ESP-Mosaico 提供左右两个模块插槽，BSP 通过 EEPROM 地址选择完成发现：

插槽	EEPROM 地址	说明
Left（`H2`）	0x50	地址选择 GPIO14，低电平
Right（`H1`）	0x51	地址选择 GPIO39，高电平；相对左侧旋转 180° 安装

左侧模块插槽（`H2`）引脚

以下按连接器顺时针顺序介绍（自 Pin1 起，先奇数脚一侧，再偶数脚一侧回绕）。

引脚	信号	说明
1	GPIO55	ADC
3	GPIO19	ADC
5	GPIO18	TOUCH
7	GPIO17	TOUCH
9	GPIO16	TOUCH
11	GPIO15	TOUCH
13	USJ_DN（GPIO33）	USB Serial/JTAG D-
15	USJ_DP（GPIO34）	USB Serial/JTAG D+
17	5V_IN	外部 5 V 输入（可为整机供电并充电）
19	VCC_3V3	3.3 V 输出（由 GPIO60 控制）
20	GND	地
18	5V_OUT	5 V 输出（由 GPIO60 控制）
16	GPIO0	SDA（板载共享 I2C）
14	GPIO1	SCL（板载共享 I2C）
12	GPIO4	DAC
10	GPIO14	TOUCH；EEPROM 地址选择
8	GPIO12	TOUCH
6	GPIO13	TOUCH
4	GPIO48	ADC
2	GPIO53	ADC

右侧模块插槽（`H1`）引脚