ESP32-S3-LCD-Ev-Board

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本指南将帮助您快速上手 ESP32-S3-LCD-Ev-Board,并提供该款开发板的详细信息。

本指南包括如下内容:

开发板概述

ESP32-S3-LCD-Ev-Board 是一款基于 ESP32-S3 芯片的屏幕交互开发板,通过配合不同类型的 LCD 子板,可以驱动 IIC、SPI、8080 以及 RGB 接口的 LCD 显示屏。同时它还搭载双麦克风阵列,支持语音识别和近/远场语音唤醒,具有触摸屏交互和语音交互功能,满足用户对多种不同分辨率以及接口的触摸屏应用产品的开发需求。

搭载 ESP32-S3-WROOM-1 模组的 ESP32-S3-LCD-Ev-Board

搭载 ESP32-S3-WROOM-1 模组的 ESP32-S3-LCD-Ev-Board

特性列表

该开发板具有以下特性:

  • 嵌入式模组: 板载 ESP32-S3-WROOM-1 模组,内置 16 MB flash 以及 8 MB PSRAM

  • 屏幕: 可搭配不同屏幕子板使用,支持 RGB, 8080, SPI 以及 I2C 接口屏幕,请查看 LCD 子板 了解更多信息

  • 音频: 板载音频 Codec + ADC 功放,支持双麦克风拾音

  • USB: 板载 USB 转串口芯片,并且支持 USB Type-C 接口下载调试

功能框图

ESP32-S3-LCD-Ev-Board 的主要组件和连接方式如下图所示。

ESP32-S3-LCD-Ev-Board 功能框图(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board 功能框图(点击放大)

组件介绍

ESP32-S3-LCD-Ev-Board 开发板由主板和子板组成。

主板

ESP32-S3-LCD-Ev-Board_MB 主板是整个套件的核心,该主板集成了 ESP32-S3-WROOM-1 模组,并提供与 LCD 子板连接的端口。

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - 正面(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - 正面(点击放大)

以下按照逆时针顺序依次介绍开发板上的主要组件。

主要组件

介绍

ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 模组

ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 模组是一款通用型 Wi-Fi + 低功耗蓝牙 MCU 模组,搭载 ESP32-S3 系列芯片,内置 16 MB flash 以及 8MB PSRAM。除具有丰富的外设接口外,模组还拥有强大的神经网络运算能力和信号处理能力,适用于 AIoT 领域的多种应用场景。

Reset 按键

单独按下此按键会重置系统。

Boot 按键

长按 Boot 键时,再按 Reset 键可启动固件上传模式,然后便可通过串口或 USB 上传固件。

扩展连接器

可供连接所有的 IO 扩展芯片管脚、系统电源管脚以及部分模组管脚。

I/O 扩展芯片

TCA9554 是一款 8 位通用并行输入和输出 I/O 扩展芯片,它通过两线 I2C 通信控制 IO 口的模式以及输出电平,丰富了系统的 IO 应用场景。

LCD 子板连接器

通过 2.54 mm 间距的连接器可以连接三种不同类型的 LCD 子板。

LED

具有 RGB 三色显示功能,可供用户配置用来做状态行为指示。

USB-to-USB 端口

为整个系统提供电源(USB-to-USB 端口和 USB-to-UART 端口两者选一)。建议使用至少 5V/2A 电源适配器供电,保证供电稳定。该端口用于 PC 端与 ESP32-S3-WROOM-1 模组的 USB 通信。

USB-to-UART 端口

为整个系统提供电源(USB-to-USB 端口和 USB-to-UART 端口两者选一)。建议使用至少 5V/2A 电源适配器供电,保证供电稳定。该端口用于 PC 端与 ESP32-S3-WROOM-1 模组的串口通信。

左侧麦克风

板载麦克风,连接至 ADC。

右侧麦克风

板载麦克风,连接至 ADC。

音频模数转换器

ES7210 是一款用于麦克风阵列应用的高性能、低功耗 4 通道音频模数转换器,同时具备声学回声消除 (AEC) 功能,非常适合音乐和语音应用。

USB-to-UART 桥接器

单芯片 USB-UART 桥接器 CP2102N 为软件下载和调试提供高达 3 Mbps 的传输速率。

音频编解码芯片

ES8311 是一种低功耗单声道音频编解码器,包含单通道 ADC、单通道 DAC、低噪声前置放大器、耳机驱动器、数字音效、模拟混音和增益功能。它通过 I2S 和 I2C 总线与 ESP32-S3-WROOM-1 模组连接,以提供独立于音频应用程序的硬件音频处理。

音频功率放大器

NS4150 是一款低 EMI、3 W 单声道 D 类音频功率放大器,用于放大来自音频编解码芯片的音频信号,以驱动扬声器。

扬声器连接器

可通过音频功率放大器的支持,实现外部扬声器播放功能。

LCD 子板

主板可搭配以下三种不同类型的子板使用:

子板名称

屏幕(英寸)

分辨率 (px)

LCD 驱动芯片(接口)

触摸驱动芯片

ESP32-S3-LCD_Ev_Board_SUB1

0.96

128 x 64

SSD1315 (I2C)

N/A

2.40

320 x 240

ST7789V (SPI)

XTP2046

ESP32-S3-LCD_Ev_Board_SUB2

3.50

480 x 320

ST7796S (8080)

GT911

3.95

480 x 480

GC9503CV (RGB)

FT5x06

ESP32-S3-LCD_Ev_Board_SUB3

4.30

800 x 480

未提供 (RGB)

GT1151

  • ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB1 子板提供了两种屏幕接口,分别支持连接一块 2.4 英寸 SPI 接口屏或者一块 0.96 英寸 I2C 接口屏。该子板暂未做适配,此处不做进一步讲解。

  • ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB2 子板提供了两种屏幕接口,分别支持连接一块 RGB 接口屏或者一块 8080 并口屏。当前子板贴装了一块 3.95 英寸、RGB565 接口、分辨率为 480x480 的触摸屏,该屏使用的 LCD 驱动芯片型号为 GC9503CV,触摸驱动芯片型号为 FT5x06。

ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB2 - 正面(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB2 - 正面(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB2 - 反面(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB2 - 反面(点击放大)

  • ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB3 子板仅支持 4.3 英寸、RGB565 接口、分辨率为 800x480 的触摸屏,该屏使用触摸驱动芯片型号为 GT1151。

ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB3 - 正面(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB3 - 正面(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB3 - 反面(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board_SUB3 - 反面(点击放大)

软件支持

ESP32-S3-LCD-Ev-Board 的开发框架为 ESP-IDF。ESP-IDF 是基于 FreeRTOS 的乐鑫 SoC 开发框架,具有众多组件,包括 LCD、ADC、RMT、SPI 等。开发板应用示例存放在 Examples 中,在示例目录下输入 idf.py menuconfig 可以配置工程选项。

注解

  • ESP-IDF 的版本要求在 v5.0 及以上,推荐使用 release/v5.0 分支开发。

  • ESP32-S3 RGB 驱动仅支持 16 位 RGB565 接口和 8 位 RGB888 接口。

  • 通过补丁使 ESP-IDF 支持 120 MHz 的 8 位 PSRAM 配置,请参考 此例

应用程序开发

本节介绍硬件和软件的设置方法,以及烧录固件至开发板以开发应用程序的说明。

必备硬件

  • 1 x ESP32-S3-LCD-Ev-Board_MB

  • 1 x LCD 子板

  • 1 x USB 2.0 数据线(标准 A 型转 Type-C 型)

  • 1 x 电脑(Windows、Linux 或 macOS)

注解

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程序烧录。

可选硬件

  • 1 x 扬声器

硬件设置

准备开发板,加载第一个示例应用程序:

  1. 连接 LCD 子板至 LCD 子板连接器 端口。

  2. 插入 USB 数据线,分别连接 PC 与开发板的两个 USB 端口之一。

  3. LCD 屏幕亮起,可以用手指与触摸屏进行交互。

硬件设置完成,接下来可以进行软件设置。

软件设置

了解如何快速设置开发环境,请前往 快速入门 > 安装

了解开发应用程序的更多软件信息,请查看 软件支持

硬件参考

本节提供关于开发板硬件的更多信息。

GPIO 分配列表

下表为 ESP32-S3-WROOM-1 模组管脚的 GPIO 分配列表,用于控制开发板的特定组件或功能。

ESP32-S3-WROOM-1 GPIO 分配

管脚

管脚名称

功能

1

GND

接地

2

3V3

供电

3

EN

RESET

4

IO4

LED

5

IO5

I2S_MCLK

6

IO6

I2S_CODEC_DSDIN

7

IO7

I2S_LRCK

8

IO15

I2S_ADC_SDOUT

9

IO16

I2S_SCLK

10

IO17

LCD_DE

11

IO18

I2C_SCL

12

IO8

I2C_SDA

13

IO19

USB_D-

14

IO20

USB_D+

15

IO3

LCD_VSYNC

16

IO46

LCD_HSYNC

17

IO9

LCD_PCLK

18

IO10

LCD_DATA0

19

IO11

LCD_DATA1

20

IO12

LCD_DATA2

21

IO13

LCD_DATA3

22

IO14

LCD_DATA4

23

IO21

LCD_DATA5

24

IO47

LCD_DATA6

25

IO48

LCD_DATA7

26

IO45

LCD_DATA8

27

IO0

BOOT

28

IO35

未连接

29

IO36

未连接

30

IO37

未连接

31

IO38

LCD_DATA9

32

IO39

LCD_DATA10

33

IO40

LCD_DATA11

34

IO41

LCD_DATA12

35

IO42

LCD_DATA13

36

RXD0

UART_RXD0

37

TXD0

UART_TXD0

38

IO2

LCD_DATA14

39

IO1

LCD_DATA15

40

GND

接地

41

EPAD

接地

分配给 IO 扩展芯片的 GPIO 被进一步分配为多个 GPIO。

IO 扩展芯片 GPIO 分配

IO 扩展器管脚

管脚名称

功能

1

A0

接地

2

A1

接地

3

A2

接地

4

P0

PA_CTRL

5

P1

LCD_SPI_CS

6

P2

LCD_SPI_SCK

7

P3

LCD_SPI_MOSI

8

GND

接地

9

P4

可做任意用途

10

P5

可做任意用途

11

P6

可做任意用途

12

P7

可做任意用途

13

INT

未连接

14

SCL

I2C_SCL

15

SDA

I2C_SDA

16

VCC

供电电压

供电说明

USB 供电

开发板有两种 USB 供电方式:

  • 通过 USB-to-USB 端口供电

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - USB-to-USB 电源供电

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - USB-to-USB 电源供电

  • 通过 USB-to-UART 端口供电

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - USB-to-UART 电源供电

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - USB-to-UART 电源供电

音频和数字独立供电

ESP32-S3-LCD-Ev-Board 可为音频组件和 ESP 模组提供相互独立的电源,可降低数字组件给音频信号带来的噪声并提高组件的整体性能。

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - 数字供电

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - 数字供电

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - 音频供电

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - 音频供电

AEC 电路

AEC 电路为 AEC 算法提供参考信号。

ESP32-S3-LCD-Ev-Board 回声参考信号源有两路兼容设计,一路是 Codec (ES8311) DAC 输出 (DAC_AOUTLN/DAC_AOUTLP),一路是 PA (NS4150) 输出 (PA_OUTL+/PA_OUTL-)。推荐将默认 Codec (ES8311) DAC 输出 (DAC_AOUTLN/DAC_AOUTLP) 作为回声参考信号,下图中电阻 R54、R56 无需连接。

回声参考信号通过 ADC (ES7210) 的 ADC_MIC3P/ADC_MIC3N 采集后送回给 ESP32-S3 用于 AEC 算法。

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - AEC Codec DAC 输出(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - AEC Codec DAC 输出(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - AEC PA 输出 (点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - AEC PA 输出(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - AEC 参考信号采集(点击放大)

ESP32-S3-LCD-Ev-Board - 参考信号采集(点击放大)

硬件设置选项

自动下载

可以通过两种方式使开发板进入下载模式:

  • 按下 Boot 和 Reset 键,然后先松开 Reset 键,再松开 Boot 键。

  • 由软件自动执行下载。软件利用串口的 DTR 和 RTS 信号来控制开发板 EN、IO0 管脚的状态。

硬件版本

无历史版本。

样品获取

此开发板适用于评估高性能的 HMI 方案,尚未公开售卖,如有样品需求请邮件联系 sales@espressif.com

相关文档

有关本开发板的更多设计文档,请联系我们的商务部门 sales@espressif.com