ESP32-S3-USB-OTG

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ESP32-S3-USB-OTG 是一款侧重于 USB-OTG 功能验证和应用开发的开发板,基于 ESP32-S3 SoC,支持 Wi-Fi 和 BLE 5.0 无线功能,支持 USB 主机和 USB 从机功能。可用于开发无线存储设备,Wi-Fi 网卡,LTE MiFi,多媒体设备,虚拟键鼠等应用。该开发板具有以下特性:

  • 板载 ESP32-S3-MINI-1-N8 模组,内置 8 MB flash

  • 板载 USB Type-A 主机和从机接口,内置接口切换电路

  • 板载 USB 转串口调试芯片(micro USB 接口)

  • 板载 1.3 英寸 LCD 彩屏,支持 GUI

  • 板载 SD 卡接口,兼容 SDIO 和 SPI 接口

  • 板载充电 IC,可外接锂电池

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ESP32-S3-USB-OTG(点击图片放大)

本指南包括:

  • 快速入门:提供 ESP32-S3-USB-OTG 的简要概述及必须了解的硬件和软件信息。

  • 硬件参考:提供 ESP32-S3-USB-OTG 的详细硬件信息。

  • 相关文档:提供相关文档的链接。

快速入门

本节介绍如何开始使用 ESP32-S3-USB-OTG。首先,介绍一些关于 ESP32-S3-USB-OTG 的基本信息,然后在应用程序开发章节介绍如何开始使用该开发板进行开发,最后介绍该开发板包装和零售信息。

组件介绍

ESP32-S3-USB-OTG 开发板包括以下两部分:

  • 主板:ESP32-S3-USB-OTG 主板是整个套件的核心,该主板集成了 ESP32-S3-MINI-1 模组,并提供一个与 1.3 英寸 LCD 屏连接的接口。

ESP32-S3-USB-OTG(点击图片放大)

ESP32-S3-USB-OTG 正面图(点击图片放大)

下表将从左边的 USB_HOST 接口开始,以逆时针顺序介绍上图中的主要组件。

主要组件

描述

USB_HOST 接口

USB Type-A 母口,用来连接其它 USB 设备。

ESP32-S3-MINI-1 模组

ESP32-S3-MINI-1 是通用型 Wi-Fi + 低功耗蓝牙 MCU模组,具有丰富的外设接口、强大的神经网络运算能力和信号处理能力,专为人工智能和 AIoT 市场打造。ESP32-S3-MINI-1 采用 PCB 板载天线,与 ESP32-S2-MINI-1 pin-to-pin 兼容。

MENU 按键

菜单按键。

Micro SD 卡槽

可插入 Micro SD 卡。支持 4-线 SDIO 和 SPI 模式。

USB Switch IC

通过设置 USB_SEL 的电平,可以切换 USB 外设连接到 USB_DEV 或 USB_HOST 接口,默认连接到 USB_DEV。

Reset 按钮

用于重启系统。

USB_DEV 接口

USB Type-A 公口,可连接其它 USB 主机,也作为锂电池充电。

电池供电开关

拨向 ON 按键一侧,使用电池供电;拨向 GND 按键一侧,通过其它方式供电。

Boot 按键

按键 Boot 键并保持,同时按一下 Reset 键,进入“固件下载”模式,通过串口下载固件。正常使用中可以作为确认按钮。

DW- 按键

向下按键。

屏幕排座

用于连接 1.3 英寸 LCD 屏。

UP+ 按键

向上按键。

USB 转 UART 接口

Micro-USB 接口,可用作开发板的供电接口,可烧录固件至芯片,也可作为通信接口,通过板载 USB 转 UART 桥接器与芯片通信。

ESP32-S3-USB-OTG (click to enlarge)

ESP32-S3-USB-OTG 背面图(点击图片放大)

下表将从左边的 USB_HOST 接口开始,以逆时针顺序介绍上图中的主要组件。

主要组件

描述

黄色指示灯

设置 GPIO16 为高电平,指示灯亮。

绿色指示灯

设置 GPIO15 为高电平,指示灯亮。

充电指示灯

当为电池充电时,亮起红灯,充电完成红灯熄灭。

电池焊点

可焊接 3.6 V 锂电池,为主板供电。

充电电路

用于为锂电池充电。

空闲管脚

可自定义的空闲管脚。

USB 转 UART 桥接器

单芯片 USB 至 UART 桥接器,可提供高达 3 Mbps 的传输速率。

  • 子板:ESP32-S3-USB-OTG-SUB - 贴装 1.3 英寸 LCD 屏

ESP32-S3-USB-OTG

ESP32-S3-USB-OTG 子板(点击图片放大)

应用程序开发

ESP32-S3-USB-OTG 上电前,请首先确认开发板完好无损。

硬件准备

  • ESP32-S3-USB-OTG

  • 一根 USB 2.0 数据线(标准 A 转 Micro-B)

  • 电脑(Windows、Linux 或 macOS)

软件设置

请前往 快速入门详细安装步骤 一节查看如何快速设置开发环境。

内容和包装

零售订单

每一个零售 ESP32-S3-USB-OTG 开发套件均有独立包装。

ESP32-S3-USB-OTG

ESP32-S3-USB-OTG 包装 (click to enlarge)

包含以下部分:

  • 主板:

    • ESP32-S3-USB-OTG

  • 子板:

    • ESP32-S3-USB-OTG_SUB

  • 紧固件

    • 安装螺栓(x4)

    • 螺丝(x4)

    • 螺母(x4)

零售订单请前往 https://www.espressif.com/zh-hans/company/contact/buy-a-sample

批量订单

如批量购买,开发板将以大纸板箱包装。

批量订单请前往 https://www.espressif.com/zh-hans/contact-us/sales-questions

硬件参考

功能框图

ESP32-S3-USB-OTG 的主要组件和连接方式如下图所示。

ESP32-S3-USB-OTG

ESP32-S3-USB-OTG 功能框图 (click to enlarge)

请注意,功能框图中的 USB_HOST D+ D- 信号对应的外部接口是 USB DEV,是指 ESP32-S3 作为设备接收其它 USB 主机的信号。USB_DEV D+ D- 信号对应的外部接口是 USB HOST,是指 ESP32-S3 作为主机控制其它设备。

开发板供电选择

开发板有三种供电方式:

  1. 通过 Micro_USB 接口供电

    • 使用方法 1 供电时,应使用一根 USB 电缆(标准 A 转 Micro-B)将主控板连接至供电设备,将电源开关置于 OFF。请注意,该供电模式仅有主板和显示屏被供电。

  2. 通过 USB_DEV 接口供电

    • 使用方法 2 供电时,应将 DEV_VBUS_EN 设置为高电平,并将电源开关设置为 OFF。该供电模式可同时向 USB HOST 接口供电,如已安装锂电池,会同时对锂电池进行充电。

  3. 通过电池接口,使用外部锂电池供电

    • 使用方法 3 供电时,应将 BOOST_EN 设置为高电平,将电源开关设置为 ON,并将 1S 锂电池 (3.7 V ~ 4.2 V) 焊接于主控板背面预留的电源焊点。该供电模式可同时向 USB HOST 接口供电。电池接口说明如下图:

ESP32-S3-USB-OTG

电池连接图 (click to enlarge)

USB HOST 接口供电选择

USB HOST 接口(Type-A 母口)可向已连接的 USB 设备供电,供电电压为 5 V,最大电流为 500 mA。

  • 供电电源有以下两个:

    1. 通过 USB_DEV 接口供电,5 V 电源直接来自该接口连接的电源

    2. 通过锂电池接口供电,锂电池 3.6 V ~ 4.2 V 电压通过 Boost 电路升压到 5 V。Boost IC 的工作状态可通过 BOOST_EN/GPIO13 控制,GPIO13 为高电平是使能 Boost。

ESP32-S3-USB-OTG

Boost 电路图 (click to enlarge)

  • 供电电源选择:

BOOST_EN

DEV_VBUS_EN

Power Source

0

1

USB_DEV

1

0

Battery

0

0

No output

1

1

Undefined

ESP32-S3-USB-OTG

供电切换电路图

  • 500 mA 限流电路

    1. 限流 IC MIC2005A 可将 USB HOST 接口最大输出电流限制为 500 mA。必须设置 IDEV_LIMIT_EN (GPIO17) 为高电平,使能限流 IC,USB HOST 接口才有电压输出。

ESP32-S3-USB-OTG

500 mA 限流电路图

USB 接口选择电路

ESP32-S3-USB-OTG

USB 接口切换电路图

  • USB_SEL (GPIO18) 引脚为高电平时,USB D+/D- (GPIO19, 20) 信号将连通到 USB_DEV D+ D-,这时可通过 USB HOST 接口(Type-A 母口)连接其它 USB 设备;

  • USB_SEL (GPIO18) 引脚为低电平时,USB D+/D- (GPIO19, 20) 信号将连通到 USB_HOST D+ D-,这时可通过 USB DEV 接口(Type-A 公口)连接到其它 USB 主机;

  • 默认 USB_SEL 为低电平。

LCD 接口

ESP32-S3-USB-OTG

LCD 接口电路图

请注意,该接口支持连接 SPI 接口屏幕,该开发板使用的屏幕型号为 :dev-kits:` ST7789 <esp32-s3-usb-otg/datasheet/ST7789VW_datasheet.pdf>`,LCD_BL (GPIO9) 可用于控制屏幕背光。

SD 卡接口

ESP32-S3-USB-OTG

SD 卡接口电路图

请注意,SD 卡接口同时兼容 1-线,4-线 SDIO 模式和 SPI 模式。上电后,卡会处于 3.3 V signaling 模式下。发送第一个 CMD0 命令选择 bus 模式:SD 模式或者 SPI 模式。

充电电路

ESP32-S3-USB-OTG

充电电路图

请注意,可将 Type-A 公口接入输出为 5 V 的电源适配器,为电池充电时,充电电路上的红色指示灯亮,电池充电完成,红色指示灯熄灭。在使用充电电路时,请将电源开关置于 OFF。充电电流为 212.7 mA。

GPIO 分配

功能引脚:

No.

ESP32-S3-MINI-1 管脚

说明

1

GPIO18

USB_SEL:用于切换 USB 接口,低电平时候,USB_HOST 接口使能。高电平时候,USB_DEV 接口使能。

2

GPIO19

与 USB_D- 接口相连。

3

GPIO20

与 USB_D+ 接口相连。

4

GPIO15

LED_GREEN:用于控制绿色 LED 灯,高电平时,灯被点亮。

5

GPIO16

LED_YELLOW:用于控制黄色 LED 灯,高电平时,灯被点亮。

6

GPIO0

BUTTON_OK:OK 按键,按下为低电平。

7

GPIO11

BUTTON_DW:Down 按键,按下为低电平。

8

GPIO10

BUTTON_UP:UP 按键,按下为低电平。

9

GPIO14

BUTTON_MENU:MENU 按键,按下为低电平。

10

GPIO8

LCD_RET:用于复位 LCD,低电平时复位。

11

GPIO5

LCD_EN:用于使能 LCD,低电平时使能。

12

GPIO4

LCD_DC:用于切换数据和命令状态。

13

GPIO6

LCD_SCLK:LCD SPI 时钟信号。

14

GPIO7

LCD_SDA:LCD SPI MOSI 信号。

15

GPIO9

LCD_BL:LCD 背光控制信号。

16

GPIO36

SD_SCK:SD SPI CLK / SDIO CLK。

17

GPIO37

SD_DO:SD SPI MISO / SDIO Data0。

18

GPIO38

SD_D1:SDIO Data1。

19

GPIO33

SD_D2:SDIO Data2。

20

GPIO34

SD_D3:SD SPI CS / SDIO Data3。

21

GPIO1

HOST_VOL:USB_DEV 电压监测,ADC1 通道 0。

22

GPIO2

BAT_VOL:电池电压监测,ADC1 通道 1。

23

GPIO17

LIMIT_EN:使能限流芯片,高电平使能。

24

GPIO21

0VER_CURRENT:电流超限信号,高电平代表超限。

25

GPIO12

DEV_VBUS_EN:高电平选择 DEV_VBUS 电源。

26

GPIO13

BOOST_EN:高电平使能 Boost 升压电路。

扩展功能引脚:

No.

ESP32-S3-MINI-1 管脚

说明

1

GPIO45

FREE_1:空闲,可自定义。

2

GPIO46

FREE_2:空闲,可自定义。

3

GPIO48

FREE_3:空闲,可自定义。

4

GPIO26

FREE_4:空闲,可自定义。

5

GPIO47

FREE_5:空闲,可自定义。

6

GPIO3

FREE_6:空闲,可自定义。