ESP32 для начинающих, описание пинов и онлайн-учебник

Учебник по ESP32 DevKit для начинающих — 13 уроков

ESP32 DevKit с Type-C — самая популярная плата семейства ESP32 в современном исполнении: два ядра до 240 МГц, Wi-Fi, Bluetooth и 25 доступных GPIO по цене обычной Arduino. В этой статье — учебник для начинающих из 13 уроков с готовыми скетчами, а затем описание платы: распиновка на 30 выводов, назначение каждого вывода и подводные камни, из-за которых проект может не запуститься. 

Что за плата

Плата построена на модуле ESP-WROOM-32: в нём микроконтроллер ESP32, 4 МБ флеш-памяти, кварц и антенна. На плате разъём USB Type-C с преобразователем CH340C для прошивки и монитора порта, стабилизатор 3,3 В, кнопки EN (сброс) и BOOT (GPIO0), светодиод питания PWR и светодиод D2 на GPIO2.

Type-C удобнее старого micro-USB: кабель вставляется любой стороной, а такие кабели сегодня есть у всех — от зарядки телефона. Если у вас уже есть проекты под старую плату, ничего переделывать не придётся: у версии с micro-USB и CP2102 та же распиновка, отличаются только разъём и драйвер USB.

Распиновка ESP32 DevKit на 30 выводов

Плата на 30 выводов — два ряда по 15. Подписи на плате (D23, D22…) совпадают с номером GPIO, а номер в Arduino IDE равен номеру GPIO: pinMode(23, OUTPUT) — это GPIO23. В таблице выводы идут по порядку от антенны к разъёму USB.

«Вход/выход» — вывод можно настроить как цифровой вход (с внутренней подтяжкой к питанию или к земле) или как цифровой выход. ШИМ можно вывести на любой вывод, работающий на выход.

Выводы только на вход

GPIO34, 35, 36 (VP) и 39 (VN) работают только как входы: управлять с них светодиодом или реле не получится. Внутренней подтяжки у них тоже нет, поэтому кнопку на такой вывод подключайте с внешним резистором 10 кОм к 3,3 В или к земле. Зато это отличные аналоговые входы: все четыре относятся к АЦП1 и работают вместе с Wi-Fi.

Какие выводы лучше не занимать

Выводы обвязки (strapping pins)

В момент включения ESP32 читает уровни на пяти выводах и по ним выбирает режим работы. Если подключённая схема задаст неправильный уровень, плата не запустит программу или не прошьётся.

После запуска это обычные GPIO. Без опаски к ним можно подключать то, что при включении не тянет вывод в «запрещённый» уровень: светодиоды через резистор, транзисторы для реле, входы датчиков.

Интерфейсы и выводы по умолчанию

Почти любой интерфейс ESP32 можно назначить на любые свободные выводы. Если выводы в программе не указаны, Arduino использует такие:

Пример запуска I2C на других выводах:

Wire.begin(32, 33); // SDA = GPIO32, SCL = GPIO33

АЦП ЦАП и сенсорные входы

У ESP32 два 12-битных АЦП. АЦП1 — GPIO32–39, АЦП2 — GPIO0, 2, 4, 12–15 и 25–27. АЦП2 не работает, пока включён Wi-Fi, поэтому в проектах с Wi-Fi подключайте аналоговые датчики к GPIO32–39. Измеряемое напряжение — не выше 3,3 В. Учтите, что АЦП ESP32 нелинеен у краёв диапазона: при настройке по умолчанию точнее всего он измеряет примерно от 0,15 до 2,45 В, выше показания заметно искажаются, а около 3,1 В АЦП упирается в максимум. Для точных измерений ставьте делитель так, чтобы сигнал оставался в этом диапазоне.

Два 8-битных ЦАП на GPIO25 и GPIO26 выдают настоящее аналоговое напряжение — например, для простого звука или управления яркостью без ШИМ. У ESP32-S3 и ESP32-C3 ЦАП нет.

Сенсорные (ёмкостные) входы: Touch0 — GPIO4, Touch2 — GPIO2, Touch3 — GPIO15, Touch4 — GPIO13, Touch5 — GPIO12, Touch6 — GPIO14, Touch7 — GPIO27, Touch8 — GPIO33, Touch9 — GPIO32. К ним можно подключить металлическую площадку и сделать кнопку без механики:

void setup() { Serial.begin(115200); }
void loop() {
  Serial.println(touchRead(4)); // Touch0 = GPIO4: чем меньше число, тем ближе палец
  delay(200);
}

Встроенный светодиод

Светодиод D2 на плате подключён к GPIO2. Проверка платы — классический Blink:

void setup() { pinMode(2, OUTPUT); }
void loop() {
  digitalWrite(2, HIGH); delay(500);
  digitalWrite(2, LOW);  delay(500);
}

Настройки Arduino IDE

Если при прошивке висит надпись «Connecting…» — зажмите кнопку BOOT, пока не начнётся загрузка, затем отпустите.

Чем классическая ESP32 отличается от S3 и C3

Новые ESP32-S3 и ESP32-C3 во многом удобнее, но у классической ESP32 есть то, чего у них нет:

• Классический Bluetooth. Только классическая ESP32 умеет Bluetooth SPP (беспроводной COM-порт, связь с приложениями на телефоне) и A2DP — то есть может работать как Bluetooth-колонка или передавать звук на наушники. S3 и C3 поддерживают только Bluetooth LE.
• Два ЦАП для аналогового выхода.
• Огромное количество примеров и библиотек — большинство проектов в интернете написаны именно под ESP32 DevKit.

Если нужен Bluetooth-звук, связь по Bluetooth с телефоном через последовательный порт или просто проверенная плата «под любой урок» — берите классическую ESP32.

Питание

Плату можно питать от USB или подать 5 В на вывод VIN. Вывод 3V3 — выход стабилизатора платы, который питает и сам модуль ESP32. Суммарный ток всех устройств на выводе 3V3 не должен превышать 100 мА. Этого хватит для маломощных датчиков и небольшого дисплея. Датчики газа серии MQ, сервоприводы, светодиодные ленты и реле питайте от отдельного источника 5 В. Если на 3,3 В нужно больше тока, поставьте отдельный понижающий преобразователь, например Mini360 или LM2596: он почти не греется, в отличие от линейного стабилизатора на плате.

Все GPIO работают с логикой 3,3 В: подавать на них 5 В нельзя. Для датчиков с выходом 5 В нужен преобразователь уровней или резистивный делитель.

Учебник по ESP32 DevKit: 13 уроков

Распиновка — это справочник, а научиться работать с платой проще на практике. Все уроки рассчитаны на эту плату и проверены на ядре ESP32 для Arduino версии 3.x:

1. Подготовка Arduino IDE и драйвер — ядро ESP32, драйвер CH340, что делать с «Connecting…».
2. Мигаем светодиодом — встроенный светодиод на GPIO2 и внешний через резистор.
3. Монитор порта — сообщения на компьютер и команды плате.
4. Кнопки и подтяжка — кнопка BOOT, дребезг и выводы только на вход.
5. Сенсорная кнопка — touchRead() и выключатель без механики.
6. Потенциометр и АЦП — почему с Wi-Fi работают только GPIO32–39.
7. ШИМ: плавная яркость — ledcAttach() в ядре 3.x.
8. ЦАП: плата говорит «Дуино» — воспроизводим записанный голос через GPIO25.
9. Сканер Wi-Fi — сети вокруг и уровень сигнала.
10. Веб-сервер — включаем светодиод с телефона.
11. Часы из интернета — точное время по NTP и часовой пояс.
12. Bluetooth: связь с телефоном — классический Bluetooth SPP, которого нет у S3 и C3.
13. Глубокий сон — пробуждение по таймеру и от касания.

В каждом уроке — готовый скетч с кнопкой «Копировать», объяснение и схема платы с выделенными выводами. Для большинства уроков хватит самой платы, для остальных — светодиода, кнопки и потенциометра.

Открыть учебник по ESP32 DevKit