深入了解ESP32功能并将其与Arduino IDE一起使用

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几年前，ESP8266席卷了嵌入式的物联网世界。只需不到3美元，您就可以获得可编程的，启用WiFi的微控制器，能够从世界任何地方进行监视和控制物体。现在，Espressif乐鑫科技发布了完美的升级品：ESP32。成为ESP8266的继任者；它不仅具有WiFi支持，而且还具有蓝牙4.0 - 非常适合几乎任何物联网项目。

ESP-WROOM-32模块

该开发板包含了ESP-Wroom-32模块，该模块基于Tensilica Xtensa双核32位LX6微处理器。该处理器类似于ESP8266，但具有两个CPU内核（可以单独控制），以80至240MHz可调的时钟频率运行，并且以高达600DMIP（Dhrystone Million Instructions Per Second）执行。

ESP32控制器还有448 KB的ROM，520 KB的SRAM和4MB的闪存（用于程序和数据存储），足以应对组成网页的大字符串，JSON/XML数据以及我们在IOT设备上的所有内容。

ESP32集成了802.11b/g/n HT40 Wi-Fi收发器，因此它不仅可以连接到WiFi网络并与Internet进行交互，而且还可以建立自己的网络，从而允许其他设备直接连接到它。 ESP32也支持WiFi直连，这是对等连接而无需访问点的一个不错的选择。WiFi直连更容易设置，并且数据传输速度比蓝牙好得多。

该芯片还具有双模式蓝牙功能，这意味着它支持蓝牙4.0（BLE/Bluetooth Smart）和蓝牙Classic（BT），使其更具用途。

电源

由于ESP32的工作电压范围为2.2V至3.6V，因此开发板带有LDO电压调节器，可将电压保持在3.3V。它可以可靠地提供600mA，当ESP32在RF传输过程中拉多达250mA时，这应该足够了。调节器的输出也引出到板的一侧，并标记为3v3。该引脚可用于为外部组件提供电源。

ESP32开发板的电源是通过Micro B USB连接器提供的。另外，如果您具有调节的5V电压源，则可以使用VIN引脚直接提供ESP32及其外围设备。

另外，ESP32芯片的睡眠电流小于5 µA，使其适用于电池供电和可穿戴的电子产品。

外围设备和I/O

尽管ESP32总共有48个GPIO引脚，但其中只有25个被拆引出到开发板两侧的插头。这些引脚可以分配给各种外围职责，包括：

●    15个ADC通道 -  15个12位SAR ADC的通道。 ADC范围可以在固件中设置为0-1V，0-1.4V，0-2V或0-4V

●    2个UART接口 -  2个UART接口。一个用于串口加载代码。它们具有流控制，并支持IRDA！

●    25个PWM输出 -  25个用于调光LED或控制电动机的PWM引脚通道。

●    2个DAC通道 -  8位DAC可产生真正的模拟电压。

●    SPI、I2C和I2S接口 - 有3个SPI和1个I2C接口，可连接各种传感器和外围设备，如果您想在项目中添加声音，则有两个I2S接口。

●    9个触摸引脚-  9个GPIO具有电容触摸感应。

得益于ESP32的引脚多路复用功能，这意味着单个GPIO引脚可以充当ADC输入/DAC输出/触摸引脚。

板载开关和LED指示器

ESP32开发板具有两个按钮。一个标记为EN位于左上角的是复位按钮，用于复位ESP32芯片。左下角的另一个引导按钮是下载新草图/程序时使用的下载按钮。

开发板还具有2个LED指示灯 - 红色LED和蓝色LED。红色LED表示开发板已上电。蓝色LED是用户可编程的，连接到开发板的D2引脚。

串口通讯

开发板包括一颗Silicon Labs的CP2102 USB-TO-UART桥控制器，该芯片将USB信号转换为串口，并允许您的计算机与ESP32芯片进行编程和通信。

ESP32开发板引脚分配

ESP32开发板总共有30个引脚连接到外界。连接如下：

为了简单起见，我们将具有相似功能的引脚分组介绍。

●    电源引脚：有两组电源 - VIN引脚和3.3V引脚。如果您具有调节的5V电压源，则可以将VIN引脚用于直接提供ESP32及其外围设备。3.3V引脚是板载电压调节器的输出。该引脚可用于为外部组件提供电源。

●    GND 是ESP32开发板的地。

●    Arduino引脚不过是ESP32的硬件I2C和SPI引脚，可以连接您项目中各种传感器和外围设备。

●    GPIO引脚：ESP32开发板具有25个GPIO引脚，可以通过编程方式分配给各种功能。每个启用的GPIO都可以配置为内部上拉或下拉或设置为高阻抗。当配置为输入时，也可以将其设置为边沿触发或电平触发以产生CPU中断。

●    ADC通道：开发板集成了12位SAR ADC，并支持15个通道（模拟启用引脚）上的测量值。这些引脚中的一些可用于构建可编程增益放大器，该放大器用于测量小型模拟信号。 ESP32还可以在睡眠模式下操作时测量电压。

●    DAC通道：该开发板具有两个8位DAC通道，以将数字信号转换为真正的模拟电压。此双DAC可以驱动其他电路。

●    触摸引脚：开发板提供了9个电容式传感GPIO，可检测GPIO直接接触或与手指或其他物体近距离接近的电容变化。

●    UART：ESP32开发板具有2个UART接口，即UART0和UART2，它们提供异步通信（RS232和RS485）和IRDA支持，并以高达5Mbps进行通信。 UART还提供了CTS和RTS信号以及软件流控制（XON和XOFF）的硬件管理。

●    SPI：ESP32具有三个SPI（SPI、HSPI和VSPI）。这些SPI还支持以下通用SPI特征：

      ▘  SPI格式转移的4个正时模式

      ▘  最多80 MHz和80 MHz的分开时钟

      ▘  最多64字节FIFO

●    所有SPI也可以用于连接到外部闪存/SRAM和LCD。

●    PWM引脚：开发板有25个由脉冲宽度调制（PWM）控制器控制的PWM引脚的通道（几乎所有GPIO引脚）。 PWM输出可用于驱动数字电动机和LED。控制器由PWM计时器和PWM操作组成。每个计时器都以同步或独立的形式提供时间，并且每个PWM操作为一个PWM通道生成波形。

●    EN：用于使能ESP32。当上拉为高电平时启用芯片。当拉低时，芯片以最小的功率工作。

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ESP32开发平台

有多种开发平台可以编程ESP32。您可以选择Espruino -  JavaScript SDK和固件密切模拟Node.js，也可以使用Mongoose OS - 用于IoT设备的操作系统（由Espressif Systems和Google Cloud Iot推荐的平台）或使用Espressif提供的软件开发套件（SDK）或Wikipedia上列出的平台之一。

幸运的是，ESP32社区最近通过创建Arduino附加组件将IDE选择更加多样。如果您刚刚开始编程ESP32，那么这是我们推荐的环境。查看ESP32 Arduino GitHub存储库以获取更多信息。

在Windows系统上安装ESP32 Core

Espressif的官方ESP32 Arduino Core在Github上托管。他们还没有Arduino开发板安装。在此之前，我们必须手动安装它。

首先是在计算机上安装了最新的Arduino IDE（Arduino 1.8.5或更高）。如果没有，我们建议现在升级。

接下来，您需要下载ESP32-Arduino GitHub存储库的内容。您可以访问GitHub并手动下载它，也可以单击下面的下载链接：ESP32 Arduino Core

现在转到您的Arduino Sketchbook目录。默认情况下是我的文档/Arduino目录。您可以通过打开Arduino IDE > File > Preferences > Sketchbook Location位置来验证它。

现在，考虑到您的草图目录位于我的文档> Arduino中，打开目录。您应该在其中看到libraries文件夹。现在新建一个hardware的文件夹。它在其中创建另一个名为Espressif的文件夹。文件夹结构为My Documents > Arduino > hardware > espressif > esp32

现在，在ESP32文件夹中解压先前下载的ESP32内核。

为了编译ESP32的代码，您需要在计算机上安装的Xtensa GNU编译器集合（GCC）。转到esp32 > tools文件夹并执行get.exe

该可执行文件将下载Xtensa GNU工具和ESP32软件开发套件（SDK），并将其解压缩到正确的位置。

您应该在tools文件夹中看到一些新文件夹，包括“ SDK”和“ XTENSA-ESP32-ELF”。

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Arduino示例：LED灯闪烁

为了确保正确设置ESP32 Arduino Core和ESP32开发板，我们将上传所有最简单的草图 - Blink（闪烁）！

我们将使用板载LED进行此测试。如本文前面提到的，开发板的D2引脚连接到板载蓝色LED灯。

在上传草图和使用LED之前，我们需要确保在Arduino IDE中正确选择开发板。打开Arduino IDE，然后在Arduino IDE > Tools > Board菜单下选择ESP32 Dev Module选项。

现在，使用Micro-B USB电缆将ESP32开发板插入计算机。开发板插入后，应为其分配一个唯一的COM端口。在Windows机器上，这将是com＃之类的东西，在Mac/Linux计算机上，它将以/dev/tty.usbserial-xxxxx的形式出现。在Arduino IDE > Tools > Port菜单下选择此串口。

另外，默认情况下，上传速度将选择为921600。尝试将其降低至上传速度：115200，因为许多用户抱怨要以921600速度上传草图时获得ESPCOMM_SYNC失败错误。

完成后，请将下面的示例草图上传到开发板。

1. int ledPin = 2;
   
2. void setup()
   
3. {
   
4.         pinMode(ledPin, OUTPUT);
   
5. }
   
6. void loop()
   
7. {
   
8.         digitalWrite(ledPin, HIGH);
   
9.         delay(500);
   
10.         digitalWrite(ledPin, LOW);
    
11.         delay(500);
    
12. }

复制代码

一旦上传代码，LED就会开始闪烁。您可能需要点击EN按钮复位ESP32。