主要学习立创ESP32S3 N16R8的基本配置以及其各部件组成

组成结构

类别	型号	参数
模组	ESP32-S3-WROOM-1-N16R8	搭载 Xtensa® 32 位 LX7 双核处理器，主频高达 240 MHz，内置SRAM 512kB，外置PSRAM 8MB，外置FLASH 16MB，2.4 GHz Wi-Fi (802.11 b/g/n) 40MHz带宽，Bluetooth 5 (LE) 和 Bluetooth Mesh，集成AI向量指令，加速神经网络计算和信号处理
显示屏	ST7789	2.0寸、IPS全视角、分辨率320240、SPI接口*
触摸屏	FT6336	电容触摸、I2C接口
姿态传感器	QMI8658	三轴加速度+三轴陀螺仪、I2C接口
音频DAC	ES8311	单通道、I2C接口
音频ADC	ES7210	四通道(开发板用三个通道)、I2C接口
音频功放	NS4150B	单声道D类音频放大器
麦克风	ZTS6216	配套双路麦克风、模拟输出
喇叭	DB1811AB50	1811音腔喇叭、1W
USB HUB	CH334F	USB2.0 HUB
USB转串口	CH340K	波特率最大2Mbps
电源芯片	SY8088AAC	提供双路、每路1A
GH1.25接口		两路外拓传感器接口，可以给外部传感器供电5V和3.3V，可以作为GPIO、CAN、I2C、UART、PWM等接口
TF卡接口		采用1-SD模式与ESP32连接
Type-C接口		用于供电、程序下载、程序调试，以及USB数据通信
按键		一个复位按键、一个用户自定义按键

基础外设

按键Key

样例

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <inttypes.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "freertos/queue.h"
#include "driver/gpio.h"

static QueueHandle_t gpio_evt_queue = NULL;

static void IRAM_ATTR gpio_isr_handler(void* arg)
{
    uint32_t gpio_num = (uint32_t) arg;
    xQueueSendFromISR(gpio_evt_queue, &gpio_num, NULL);
}

static void gpio_task_example(void* arg)
{
    uint32_t io_num;
    for(;;) {
        if(xQueueReceive(gpio_evt_queue, &io_num, portMAX_DELAY)) {
            printf("GPIO[%"PRIu32"] intr, val: %d\n", io_num, gpio_get_level(io_num));
        }
    }
}

void app_main(void)
{
    gpio_config_t io_conf = {
        .intr_type = GPIO_INTR_NEGEDGE, //falling edge interrupt
        .mode = GPIO_MODE_INPUT, //set as input mode
        .pin_bit_mask = 1<<GPIO_NUM_0, //bit mask of the pins GPIO0
        .pull_down_en = 0, //disable pull-down mode
        .pull_up_en = 1 //enable pull-up mode
    };
    //configure GPIO with the given settings
    gpio_config(&io_conf);

    //create a queue to handle gpio event from isr
    gpio_evt_queue = xQueueCreate(10, sizeof(uint32_t));
    //start gpio task
    xTaskCreate(gpio_task_example, "gpio_task_example", 2048, NULL, 10, NULL);
    
    //install gpio isr service
    gpio_install_isr_service(0);
    //hook isr handler for specific gpio pin
    gpio_isr_handler_add(GPIO_NUM_0, gpio_isr_handler, (void*) GPIO_NUM_0);
}

姿态传感器（QMI8658）

I2C控制，地址QMI8658_SENSOR_ADDR= 0x6A

内部集成 3 轴加速度传感器和 3 轴陀螺仪传感器，支持 SPI 和 I2C 通信

I2C的频率为100000

BSP_I2C_NUM为0

说明	PIN
I2C_SCL	GPIO_NUM_1
I2C_SDA	GPIO_NUM_2

计算倾斜角度（加速度求角度法）

配置qmi8658

#define  QMI8658_SENSOR_ADDR       0x6A
enum qmi8658_reg
{
    QMI8658_WHO_AM_I,
    ......
    QMI8658_I2CM_STATUS = 44,
    ......
    QMI8658_dQW_L = 73,
    ......
    QMI8658_RESET = 96
}
// 初始化
void qmi8658_init(void)
{
    uint8_t id = 0;

    qmi8658_register_read(QMI8658_WHO_AM_I, &id ,1);
    while (id != 0x05)
    {
        vTaskDelay(1000 / portTICK_PERIOD_MS);
        qmi8658_register_read(QMI8658_WHO_AM_I, &id ,1);
    }
    ESP_LOGI(TAG, "QMI8658 OK!");

    qmi8658_register_write_byte(QMI8658_RESET, 0xb0);  // 复位
    vTaskDelay(10 / portTICK_PERIOD_MS);
    qmi8658_register_write_byte(QMI8658_CTRL1, 0x40); // CTRL1 设置地址自动增加
    qmi8658_register_write_byte(QMI8658_CTRL7, 0x03); // CTRL7 允许加速度和陀螺仪
    qmi8658_register_write_byte(QMI8658_CTRL2, 0x95); // CTRL2 设置ACC 4g 250Hz
    qmi8658_register_write_byte(QMI8658_CTRL3, 0xd5); // CTRL3 设置GRY 512dps 250Hz
}

// 读操作
esp_err_t qmi8658_register_read(uint8_t reg_addr, uint8_t *data, size_t len)
{
    return i2c_master_write_read_device(BSP_I2C_NUM, QMI8658_SENSOR_ADDR,  &reg_addr, 1, data, len, 1000 / portTICK_PERIOD_MS);
}
// 写操作
esp_err_t qmi8658_register_write_byte(uint8_t reg_addr, uint8_t data)
{
    uint8_t write_buf[2] = {reg_addr, data};

    return i2c_master_write_to_device(BSP_I2C_NUM, QMI8658_SENSOR_ADDR, write_buf, sizeof(write_buf), 1000 / portTICK_PERIOD_MS);
}

求取姿态数值

typedef struct{
    int16_t acc_y;
    int16_t acc_x;
    int16_t acc_z;
    int16_t gyr_y;
    int16_t gyr_x;
    int16_t gyr_z;
    float AngleX;
    float AngleY;
    float AngleZ;
}t_sQMI8658;

// 读取加速度和陀螺仪寄存器值
void qmi8658_Read_AccAndGry(t_sQMI8658 *p)
{
    uint8_t status, data_ready=0;
    int16_t buf[6];

    qmi8658_register_read(QMI8658_STATUS0, &status, 1); // 读状态寄存器
    if (status & 0x03) 					// 判断加速度和陀螺仪数据是否可读
        data_ready = 1;
    if (data_ready == 1){  				// 如果数据可读
        data_ready = 0;
        qmi8658_register_read(QMI8658_AX_L, (uint8_t *)buf, 12); // 读加速度和陀螺仪值
        p->acc_x = buf[0];
        p->acc_y = buf[1];
        p->acc_z = buf[2];
        p->gyr_x = buf[3];
        p->gyr_y = buf[4];
        p->gyr_z = buf[5];
    }
}

// 获取XYZ轴的倾角值
void qmi8658_fetch_angleFromAcc(t_sQMI8658 *p)
{
    float temp;

    qmi8658_Read_AccAndGry(p); // 读取加速度和陀螺仪的寄存器值
    // 根据寄存器值 计算倾角值 并把弧度转换成角度
    temp = (float)p->acc_x / sqrt( ((float)p->acc_y * (float)p->acc_y + (float)p->acc_z * (float)p->acc_z) );
    p->AngleX = atan(temp)*57.29578f; // 180/π=57.29578
    temp = (float)p->acc_y / sqrt( ((float)p->acc_x * (float)p->acc_x + (float)p->acc_z * (float)p->acc_z) );
    p->AngleY = atan(temp)*57.29578f; // 180/π=57.29578
    temp = sqrt( ((float)p->acc_x * (float)p->acc_x + (float)p->acc_y * (float)p->acc_y) ) / (float)p->acc_z;
    p->AngleZ = atan(temp)*57.29578f; // 180/π=57.29578
}

IO拓展（PAC9557）

外设拓展口，由I2C控制，地址PCA9557_SENSOR_ADDR = 0x19

1	//LCD_CS（LCD显示）对应 PCA9557 的 IO0 引脚，PA_EN（音频es8311）对应 IO1 引脚，DVP_PWDN（摄像头GC0308）对应 IO2 引脚

音频输入（ES7210）

AD0接高电平，AD1接低电平，I2C地址为0x41

ES7210 连接 MIC 负责音频输入，ES8311 只负责音频输出

ES7210 可以连接 4 个 MIC，开发板上连接了 3 个 MIC，MIC1 和 MIC2 接收人说话的声音， MIC3 连接了 ES8311 的输出，用于回声消除。

S3芯片会做回声消除，音响在播放声音的时候，可以说话打断它。

这个原理就是 ES8311 输出的信号，不仅给了喇叭，还给了 ES7210 的 MIC3 输入，ESP32 在接收到 MIC1、MIC2 和 MIC3 的声音后，可以分离出 MIC3，从而进行识别。

本部分例程

初始化I2S总线
初始化ES7120芯片
加载SD卡
录制声音

I2S的IO和寄存器配置

#define EXAMPLE_ES7210_I2C_ADDR    (0x41)

/* I2C port and GPIOs */
#define EXAMPLE_I2C_NUM            (0)
#define EXAMPLE_I2C_SDA_IO         (1)
#define EXAMPLE_I2C_SCL_IO         (2)

/* I2S port and GPIOs */
#define EXAMPLE_I2S_NUM            (0)
#define EXAMPLE_I2S_MCK_IO         (38)
#define EXAMPLE_I2S_BCK_IO         (14)
#define EXAMPLE_I2S_WS_IO          (13)
#define EXAMPLE_I2S_DI_IO          (12)

/* I2S configurations */
#define EXAMPLE_I2S_TDM_FORMAT     (ES7210_I2S_FMT_I2S)
#define EXAMPLE_I2S_CHAN_NUM       (2)
#define EXAMPLE_I2S_SAMPLE_RATE    (48000)
#define EXAMPLE_I2S_MCLK_MULTIPLE  (I2S_MCLK_MULTIPLE_256)
#define EXAMPLE_I2S_SAMPLE_BITS    (I2S_DATA_BIT_WIDTH_16BIT)
#define EXAMPLE_I2S_TDM_SLOT_MASK  (I2S_TDM_SLOT0 | I2S_TDM_SLOT1)

标准I2S和TDM_I2S模式

I2S模式

TDM_I2S模式

ES7210工作在I2S模式时，只能采集2个通道，而工作在TDM_I2S模式时，可以采集4个通道

音频输出（ES8311）

主函数包括：

i2s_driver_init() 函数初始化 i2s 接口
es8311_codec_init() 函数初始化 i2c 接口并初始化 es8311 芯片
pca9557_init() 函数初始化 IO 扩展芯片 pca9557
pa_en() 函数用于控制音频功放的打开和关闭，IO1引脚
i2s_music() 函数是创建的任务函数，用于播放音乐

#define PCA9557_INPUT_PORT              0x00
#define PCA9557_OUTPUT_PORT             0x01
#define PCA9557_POLARITY_INVERSION_PORT 0x02
#define PCA9557_CONFIGURATION_PORT      0x03

#define LCD_CS_GPIO                 BIT(0)    // PCA9557_GPIO_NUM_1
#define PA_EN_GPIO                  BIT(1)    // PCA9557_GPIO_NUM_2
#define DVP_PWDN_GPIO               BIT(2)    // PCA9557_GPIO_NUM_3

#define PCA9557_SENSOR_ADDR   0x19        /*!< Slave address of the MPU9250 sensor */

#define SET_BITS(_m, _s, _v)  ((_v) ? (_m)|((_s)) : (_m)&~((_s)))

void pca9557_init(void);
void lcd_cs(uint8_t level);
void pa_en(uint8_t level);
void dvp_pwdn(uint8_t level);
// 初始化PCA9557 IO扩展芯片
void pca9557_init(void)
{
    // 写入控制引脚默认值 DVP_PWDN=1  PA_EN = 0  LCD_CS = 1
    pca9557_register_write_byte(PCA9557_OUTPUT_PORT, 0x05);
    // 把PCA9557芯片的IO1 IO1 IO2设置为输出(0) 其它引脚保持默认的输入(1)
    pca9557_register_write_byte(PCA9557_CONFIGURATION_PORT, 0xf8);
}

液晶显示（ST7789+FT6557）

使用SPI驱动，存储到SPIRAM中

液晶屏显示的开关有两个，一个是 esp_lcd_panel_disp_on_off()，一个是 bsp_display_backlight_on()

区别：

esp_lcd_panel_disp_on_off() 用来控制的是液晶屏的驱动芯片 ST7789 中的寄存器，这个寄存器控制液晶屏显示与否。

bsp_display_backlight_on() 用来控制液晶屏 LED 背光，通过调节 PWM 占空比调节亮度，使用的是 LEDC 外设产生的 PWM 信号。

esp_lcd_panel_swap_xy() 函数控制 xy 坐标翻转，第 2 个参数，true 表示翻转，false 表示不翻转。

esp_lcd_panel_mirror() 函数控制 xy 方向是否镜像。第 2 个参数控制 x 方向，第 3 个参数控制 y 方向，true 表示镜像，false 表示不镜像。

实验

IO42 引脚控制液晶屏的背光，低电平亮，如果 IO42 引脚输出 PWM 信号，就可以通过调节占空比，均匀的控制液晶屏的背光亮度

#define BSP_LCD_BACKLIGHT     (GPIO_NUM_42)
#define LCD_LEDC_CH          LEDC_CHANNEL_0

#define BSP_LCD_PIXEL_CLOCK_HZ     (80 * 1000 * 1000)
#define BSP_LCD_SPI_NUM            (SPI3_HOST)
#define LCD_CMD_BITS               (8)
#define LCD_PARAM_BITS             (8)
#define BSP_LCD_BITS_PER_PIXEL     (16)

#define BSP_LCD_SPI_MOSI      (GPIO_NUM_40)
#define BSP_LCD_SPI_CLK       (GPIO_NUM_41)
#define BSP_LCD_SPI_CS        (GPIO_NUM_NC)
#define BSP_LCD_DC            (GPIO_NUM_39)
#define BSP_LCD_RST           (GPIO_NUM_NC)

亮度调节函数

esp_err_t bsp_display_brightness_set(int brightness_percent)
{
    if (brightness_percent > 100) {
        brightness_percent = 100;
    } else if (brightness_percent < 0) {
        brightness_percent = 0;
    }

    ESP_LOGI(TAG, "Setting LCD backlight: %d%%", brightness_percent);
    // LEDC resolution set to 10bits, thus: 100% = 1023
    uint32_t duty_cycle = (1023 * brightness_percent) / 100;
    BSP_ERROR_CHECK_RETURN_ERR(ledc_set_duty(LEDC_LOW_SPEED_MODE, LCD_LEDC_CH, duty_cycle));
    BSP_ERROR_CHECK_RETURN_ERR(ledc_update_duty(LEDC_LOW_SPEED_MODE, LCD_LEDC_CH));

    return ESP_OK;
}

摄像头（GC0308）

TIP：一般 500W 像素以下的摄像头模块，使用 DVP 接口，以上的使用 MIPI 接口。MIPI 接口速度要高于 DVP 接口。

GC0308 摄像头最大分辨率 640 * 480，30W 像素，工作在 24MHz 频率下，输出 240 *320 分辨率时，可达 30 帧。

实验

PWDN 引脚控制摄像头进入待机模式和工作模式，高电平进入待机模式，低电平进入工作模式

.ledc_channel 和 .ledc_timer中，LEDC 外设用来给某个引脚产生 PWM 信号，这里可以用来产生时钟信号给摄像头的 XCLK 引脚。但是 S3 芯片用不着，因为 S3 芯片的 CAM 外设会产生 XCLK 信号。关于这一点，看 ESP32-S3 的技术参考手册可以了解到。

// 让摄像头显示到LCD
void app_camera_lcd(void)
{
    xQueueLCDFrame = xQueueCreate(2, sizeof(camera_fb_t *));
    xTaskCreatePinnedToCore(task_process_camera, "task_process_camera", 3 * 1024, NULL, 5, NULL, 1);
    xTaskCreatePinnedToCore(task_process_lcd, "task_process_lcd", 4 * 1024, NULL, 5, NULL, 0);
}

创建了两个任务，一个任务是摄像头获取画面的任务，一个是液晶屏显示画面的任务。其中，还创建了一个队列信号，摄像头获取到画面，发送队列信号通知 LCD 显示。ESP32S3 是双核处理器，这两个任务，一个定义在 CPU0 上运行，一个定义在 CPU1 上运行，这样可以提高运行速度。xTaskCreatePinnedToCore()函数的最后一个参数，用来定义在哪个 CPU 上运行。

esp_camera_fb_get()函数用来获取一帧摄像头图像，并把获取到的一帧信息返回

#define CAMERA_PIN_PWDN -1
#define CAMERA_PIN_RESET -1
#define CAMERA_PIN_XCLK 5
#define CAMERA_PIN_SIOD 1
#define CAMERA_PIN_SIOC 2

#define CAMERA_PIN_D7 9
#define CAMERA_PIN_D6 4
#define CAMERA_PIN_D5 6
#define CAMERA_PIN_D4 15
#define CAMERA_PIN_D3 17
#define CAMERA_PIN_D2 8
#define CAMERA_PIN_D1 18
#define CAMERA_PIN_D0 16
#define CAMERA_PIN_VSYNC 3
#define CAMERA_PIN_HREF 46
#define CAMERA_PIN_PCLK 7

#define XCLK_FREQ_HZ 24000000

LVGL

LVGL（Light and Versatile Graphics Library）是一个开源的图形用户界面库，旨在为嵌入式系统提供轻量级、可移植、灵活且易于使用的图形用户界面解决方案

// 开发板显示初始化
void bsp_lvgl_start(void)
{
    /* 初始化LVGL */
    lvgl_port_cfg_t lvgl_cfg = ESP_LVGL_PORT_INIT_CONFIG();
    lvgl_port_init(&lvgl_cfg);

    /* 初始化液晶屏 并添加LVGL接口，自己写 */
    disp = bsp_display_lcd_init();

    /* 初始化触摸屏 并添加LVGL接口，自己写 */
    disp_indev = bsp_display_indev_init(disp);

    /* 打开液晶屏背光 */
    bsp_display_backlight_on();
}

void app_main(void)
{
    bsp_i2c_init();  		// I2C初始化
    pca9557_init();  		// IO扩展芯片初始化

    bsp_lvgl_start(); 		// 初始化lvgl显示
    lv_demo_benchmark(); 	// 调用lvgl demo
}

配置

基础配置

Flash = 16MB
要存储MP3文件，需要设置FAT文件系统，Default block size = 4096
使用SPI，需要设置SPIRAM，应用外存，Octal（8线SPI） Mode PSRAM，80MHz clock speed
调用摄像头，设置CPU频率为240MHz，还有如下
使用LVGL，需要设置反转颜色，Color settings下的Swap the 2 bytes of…打勾
设置其他字体，Font usage可以开启 Enable Monserrat 24等

yml文件

dependencies:
  lvgl/lvgl: ~8.3.0
  espressif/esp_lvgl_port: ~1.4.0             # LVGL接口
  espressif/esp_lcd_touch_ft5x06: ~1.0.6      # 触摸屏驱动
  chmorgan/esp-audio-player: ~1.0.7           # 音频播放
  chmorgan/esp-file-iterator: 1.0.0           # 获取文件
  espressif/esp_codec_dev: ~1.3.0             # 音频驱动
  espressif/esp-sr: ~1.6.0                    # 语音识别
  espressif/zlib: ^1.3.0
  espressif/esp32-camera: '*'
    ## Required IDF version
  idf:
    version: ~5.2.5

参考

【下载中心】实战派 | 立创开发板技术文档中心

【ESP32-S3的开发】| 1.初识 ESP32-S3_esp32s3引脚图详细解释-CSDN博客

components · GSM-Weather-project/gsm-weather-esp32s3-esp-idf5.0 - 码云 - 开源中国

ESP32S3学习笔记