進(jìn)階篇

接續(xù)如何快速?gòu)?a target="_blank">Arduino過(guò)渡到ESP32的新手指南-基礎(chǔ)篇，繼續(xù)了解ESP32的各種引腳接口吧！

內(nèi)容介紹

1.SPI引腳

2.I2C引腳

3.UART引腳

4.RTC引腳

5.Strapping引腳

6.EN引腳

SPI引腳

SPI是什么

SPI（串行外設(shè)接口）是一種用于設(shè)備之間連接的技術(shù)。通過(guò)SPI，ESP32可以與其他同樣使用SPI連接的傳感器相互傳輸數(shù)據(jù)。

SPI的傳輸采用同步的時(shí)間線，也稱為共享時(shí)鐘信號(hào)，這有助于確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)準(zhǔn)確一致。

SPI主要應(yīng)用于需要短距離、高速串行通信的場(chǎng)景，例如需要快速同步數(shù)據(jù)的顯示屏、SD卡讀取器、加速度傳感器等。

可以將SPI想象成一種精密的對(duì)話方式，其中主設(shè)備（ESP32）和 從設(shè)備（傳感器、顯示屏等）在共同的時(shí)鐘引導(dǎo)下，按照特定的規(guī)則交流信息。

在SPI通信中，通常有四個(gè)信號(hào)線：

1. MOSI（Master Out Slave In）：主設(shè)備向從設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的線路。

2. MISO（Master In Slave Out）：從設(shè)備向主設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)的線路。

3. SCLK（Serial Clock）：時(shí)鐘信號(hào)，用于同步主設(shè)備和從設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。

4. SS/CS（Slave Select/Chip Select）：選擇從設(shè)備的線路，用于告訴從設(shè)備何時(shí)準(zhǔn)備好接收或發(fā)送數(shù)據(jù)。

SPI使用注意

避免沖突

當(dāng)我們涉及到使用引腳時(shí)，尤其是在處理不是SPI接口的設(shè)備時(shí)，建議盡量避免直接使用SPI接口。這主要是因?yàn)樵谝霂?kù)的過(guò)程中，通常會(huì)默認(rèn)使用SPI接口的一些關(guān)鍵引腳，比如SCLK、MOSI、MISO，這些引腳通常會(huì)被預(yù)設(shè)為SPI功能，可能導(dǎo)致沖突。

可自定義SPI引腳

在ESP32中，你可以通過(guò)代碼調(diào)整SPI接口的配置，包括更改SCLK、MOSI、MISO等引腳。這為你提供了更大的靈活性，以適應(yīng)不同的硬件連接需求。

可共用引腳

如果你需要同時(shí)連接多個(gè)SPI接口的設(shè)備，可以共用SCLK、MOSI、MISO這些引腳，然后通過(guò)單獨(dú)的CS引腳來(lái)區(qū)分不同的設(shè)備。

VSPI和HSPI的選擇

在ESP32中，VSPI和HSPI是兩個(gè)可用的SPI接口，它們的功能是相同的。一些庫(kù)可能默認(rèn)使用其中一個(gè)，多數(shù)是VSPI。

I2C引腳

I2C是什么

I2C（Inter-Integrated Circuit）與SPI類似，也用于跟各種設(shè)備進(jìn)行溝通。

設(shè)備彼此溝通的規(guī)則，我們通常會(huì)稱呼為串行通信協(xié)議。

I2C使用注意

I2C引腳

I2C只需要兩個(gè)引腳，不管連接幾個(gè)I2C設(shè)備都是使用SDA和SCL。這使得它在連接多個(gè)設(shè)備時(shí)非常方便，因?yàn)樗加玫囊_相對(duì)較少。

I2C 與 SPI 的 SDA 不一樣

? SPI的SDA：在SPI通信中，SDA通常指的是MOSI（Master Out Slave In），全稱是"Master Out Slave In"，表示主設(shè)備輸出數(shù)據(jù)給從設(shè)備。

? I2C的SDA：在I2C通信中，SDA表示Serial Data Line，全稱是"Serial Data Line"，表示是用于雙向傳輸數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)線。

I2C 與 SPI 的 SCL 不一樣

? SPI的SCL：在SPI通信中，時(shí)鐘線通常稱為SCLK（Serial Clock），全稱是"Serial Clock"。SCLK用于同步數(shù)據(jù)的傳輸，主設(shè)備通過(guò)SCLK向從設(shè)備發(fā)送時(shí)鐘脈沖，以確保數(shù)據(jù)的有效傳輸。

? I2C的SCL：在I2C通信中，SCL表示Serial Clock Line，全稱是"Serial Clock Line"。I2C總線上的SCL同樣用于同步數(shù)據(jù)傳輸，主設(shè)備通過(guò)SCL向從設(shè)備發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)。

如果一個(gè)設(shè)備使用I2C協(xié)議進(jìn)行通信，那么它的SCL和SDA線就應(yīng)該連接到I2C總線上。同樣，如果一個(gè)設(shè)備使用SPI協(xié)議進(jìn)行通信，那么它的SCLK、MISO、MOSI等線就應(yīng)該連接到SPI總線上。這兩者的線不能直接互連，否則通信將無(wú)法正常進(jìn)行。

UART引腳

UART是什么

UART代表通用異步收發(fā)器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）。與SPI、I2C一樣，是一種串行通信協(xié)議。

然而，與它們不同的是，UART沒(méi)有共享的時(shí)鐘信號(hào)。在UART通信中，發(fā)送和接收設(shè)備之間通過(guò)起始位、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位和停止位來(lái)協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)的傳輸。

可以理解為，

? UART：通過(guò)相對(duì)的時(shí)間來(lái)同步信息

? SPI、I2C：通過(guò)絕對(duì)的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)確保通信的同步。

在UART中，設(shè)備之間通過(guò)約定好的位序列來(lái)解釋和同步數(shù)據(jù)。這種異步的方式使得UART更加靈活，適用于一些不需要嚴(yán)格時(shí)鐘同步的場(chǎng)景。

UART使用注意

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，只用UART2，UART0不能用

UART0

與USB連接，通常用于燒錄（flashing）和調(diào)試。

UART2

UART2可以連接到外部設(shè)備，如GPS、指紋傳感器、距離傳感器等，而不會(huì)影響燒錄和調(diào)試功能。

RTC引腳

RTC是什么

當(dāng)我們使用 RTC（Real-Time Clock，實(shí)時(shí)時(shí)鐘）時(shí)，它實(shí)際上是一個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘系統(tǒng)。無(wú)論主電源是否關(guān)閉，RTC 都能夠持續(xù)供電，確保設(shè)備能夠在斷電狀態(tài)下仍然維持準(zhǔn)確的時(shí)間。

在ESP32，我們通過(guò)RTC來(lái)喚醒待機(jī)狀態(tài)的設(shè)備來(lái)達(dá)到省電的功能。

在ESP32等設(shè)備上，利用RTC來(lái)喚醒待機(jī)狀態(tài)是一種常見(jiàn)的省電策略。待機(jī)狀態(tài)（或深度睡眠）是一種極低功耗的模式，其中主處理器被關(guān)閉，但RTC仍在運(yùn)行，以確保設(shè)備能夠在預(yù)定的時(shí)間喚醒。這對(duì)于周期性地執(zhí)行任務(wù)、定時(shí)采集數(shù)據(jù)或在特定事件發(fā)生時(shí)喚醒設(shè)備都是非常有用的。

一些常見(jiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景包括：

?定時(shí)喚醒：在預(yù)定的時(shí)間喚醒設(shè)備以執(zhí)行特定的任務(wù)，例如數(shù)據(jù)采集、通信等。

?事件觸發(fā)喚醒：當(dāng)某些特定事件發(fā)生時(shí)，通過(guò)RTC喚醒設(shè)備，以便立即響應(yīng)該事件。

?電池供電設(shè)備的省電模式：在電池供電的設(shè)備中，RTC的使用可以幫助最小化功耗，延長(zhǎng)電池壽命。

Strapping 引腳

在ESP32中，存在兩種重要的模式，分別是BOOT模式和FLASH模式。BOOT模式用于運(yùn)行ESP32上的程序，而FLASH模式用于上傳程序到ESP32。Strapping pins（引腳配置開(kāi)關(guān)）用于配置ESP32的工作模式。通常情況下，帶有內(nèi)置USB/Serial的開(kāi)發(fā)板會(huì)自動(dòng)將這些引腳配置到正確的狀態(tài)，以支持燒錄或啟動(dòng)。然而，如果其他設(shè)備使用這些引腳，可能會(huì)導(dǎo)致ESP32進(jìn)入錯(cuò)誤的模式。

具體而言，Strapping pins是一組用于配置啟動(dòng)模式的引腳。在帶有內(nèi)置USB/Serial的開(kāi)發(fā)板上，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)需要自動(dòng)配置這些引腳。但是，當(dāng)其他設(shè)備使用相同的引腳時(shí)，可能會(huì)影響ESP32的啟動(dòng)模式，因此在設(shè)計(jì)硬件連接時(shí)需要特別注意。

EN引腳

對(duì)于ESP32，EN（Enable）引腳是用于控制芯片的啟用和禁用的關(guān)鍵引腳。以下是關(guān)于EN引腳的一些基本信息：

?默認(rèn)狀態(tài)：EN引腳默認(rèn)是拉高的（pulled high），表示芯片處于啟用狀態(tài)。當(dāng)EN引腳被拉高時(shí)，ESP32可以正常運(yùn)行。

?拉低禁用：當(dāng)EN引腳被拉低時(shí)，芯片被禁用，即停止工作。拉低EN引腳通常會(huì)導(dǎo)致芯片斷電或進(jìn)入低功耗模式，具體取決于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

?復(fù)位功能：EN引腳還連接到一個(gè)按鈕開(kāi)關(guān)，通過(guò)按下按鈕將EN引腳拉低，可以觸發(fā)芯片的復(fù)位（reset）操作。這個(gè)按鈕提供了一種手動(dòng)重置芯片的方式。

拉高：給引腳高電位，拉低：給引腳低電位

總體而言，EN引腳提供了對(duì)ESP32芯片的啟用和禁用控制，同時(shí)允許通過(guò)按鈕觸發(fā)復(fù)位。這是在開(kāi)發(fā)和測(cè)試過(guò)程中非常有用的功能，因?yàn)樗试S用戶手動(dòng)重置芯片，或者在需要時(shí)禁用芯片以減小功耗。

錯(cuò)誤更正說(shuō)明

ESP32 WROOM-32上傳選擇

當(dāng)使用Arduino IDE上傳程序到ESP32開(kāi)發(fā)板時(shí)，對(duì)于常見(jiàn)的ESP32開(kāi)發(fā)板，例如ESP32 WROOM-32，你可以在Arduino IDE中選擇"ESP32 Dev Module"進(jìn)行上傳。這個(gè)開(kāi)發(fā)板型通常是Arduino IDE默認(rèn)支持的。

在先前的文章中使用的"ESP32 WROOM DA"選項(xiàng)是針對(duì)另一種ESP32模塊的開(kāi)發(fā)板。

雖然使用"ESP32 WROOM-32"開(kāi)發(fā)板也能成功選擇"ESP32 WROOM DA"上傳，這可能是因?yàn)樵贏rduino IDE的"esp32"支持包中，"ESP32 WROOM-32"也有相應(yīng)的支持。

因此，最終建議在使用ESP32 WROOM-32開(kāi)發(fā)板時(shí)，選擇"ESP32 Dev Module"，以確保在Arduino IDE中有更全面的支持和兼容性。這樣能夠更方便地進(jìn)行開(kāi)發(fā)和調(diào)試，確保代碼能夠正確地?zé)浀紼SP32開(kāi)發(fā)板上。

后續(xù)我會(huì)繼續(xù)分享零基礎(chǔ)入門ESP32的教學(xué)文章，

也歡迎關(guān)注我的視頻號(hào)與B站：伊娃老師來(lái)了。

審核編輯 黃宇