esp32开发笔记-基本外设功能测试
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1.参考资料
1.1.esp32s3参考原理图
1.2 jtag驱动安装
ESP32S3 内部自带jtag，默认情况下连接ESP32S3的USB带串口和JTAG功能，既能调试程序，在调试程序之前需要安装相应JTAG驱动，驱动的下载地址为：
https://zadig.akeo.ie/
https://zadig.akeo.ie/
2.ESP32硬件基本介绍
这里使用的是 《ESP32-S3-WROOM-1-n16r8》这个模组，内部封装了16MBflash，和8MByte的PSram，ESP32-S3 芯片有 45 个物理通用输入输出管脚（GPIO Pin）。每个管脚都可用作一个通用输入输出，或连接一个内部外设信号。利用 GPIO 交换矩阵、IO MUX（IO 复用选择器）和 RTC IO MUX（RTC 复用选择器），可配置外设模块的输入信号来源于任何的 GPIO 管脚，并且外设模块的输出信号也可连接到任意 GPIO 管脚。这些模块共同组成了芯片的输入输出控制。
值得注意的是，这 45 个物理 GPIO 管脚的编号为 0~21、26~48。这些管脚即可作为输入有可作为输出管脚。使用时需要注意存储占用的引脚最好不要使用。
ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 模组作为主控，但该模组只有 36 个实际引脚的物理 GPIO 管脚。这是因为该模组的 Flash 和 PSRAM 使用了八线 SPI即 Octal SPI 模式，这些模式共占用了 12 个 GPIO 管脚。而且，该模组还将 IO35、IO36、IO37引出，所以最终的管脚数量为 45-12+3，即 36 个 GPIO 管脚。
GPIO使用注意：需要避开内部的PSRAM和Flash使用的引脚。
在数据手册中有相关引脚描述：
关于官方模组资料请查看：
esp32-s3-wroom-1_wroom-1u_datasheet_cn.pdf
总结引脚功能如图所示：
3.基本外设操作
esp32有许多外设，有单片机基础，再去学每个外设怎么用，这样进度很慢，而且每个外设用的库编程，我们只需要看下数据手册分析自己要用的外设即可，至于具体外设怎么用库去配置，我们应该参考官方的SDK例子，在例子的基础上编写。
3.1基本外设参考地址github：
3.2外设硬件设计参考：
3.3 通用工程创建
使用vscode创建一个新工程，并配置工程（配置过程参考：https://blog.csdn.net/klp1358484518/article/details/160014016?sharetype=blogdetail&sharerId=160014016&sharerefer=PC&sharesource=klp1358484518&spm=1011.2480.3001.8118https://blog.csdn.net/klp1358484518/article/details/160014016?sharetype=blogdetail&sharerId=160014016&sharerefer=PC&sharesource=klp1358484518&spm=1011.2480.3001.8118或者使用现成工程：https://download.csdn.net/download/klp1358484518/92796836https://download.csdn.net/download/klp1358484518/92796836），再创建gpio组件。
自定义组件绝对不能和系统内置组件重名内置组件列表：gpio、uart、i2c、spi、wifi 等……
4 gpio例子
4.1 官方GPIO外设和API参考资料
4.2 添加klpgpio组件
新建工程并添加自定义组件如图：
4.3 示例代码
#include <stdio.h>
#include "klpgpio.h"
/*
* ESP32-S3 N16R8 基础GPIO输入输出示例
* 严格避开内部Flash/PSRAM占用引脚
*/
#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "driver/gpio.h"
#include "esp_log.h"
// 日志标签
static const char *TAG = "GPIO_TEST";
// ===================== 安全GPIO定义 =====================
#define GPIO_OUTPUT_PIN GPIO_NUM_0 // 输出引脚（绝对安全）
#define GPIO_INPUT_PIN GPIO_NUM_1 // 输入引脚（绝对安全）
// ========================================================
/**
* @brief GPIO初始化
*/
static void gpio_example_init(void)
{
// 1. 配置输出引脚
gpio_config_t output_conf = {
.pin_bit_mask = (1ULL << GPIO_OUTPUT_PIN), // 选中引脚
.mode = GPIO_MODE_OUTPUT, // 输出
.pull_up_en = GPIO_PULLUP_DISABLE, // 关闭上拉
.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE, // 关闭下拉
.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE // 关闭中断
};
gpio_config(&output_conf);
// 2. 配置输入引脚（内部上拉，按键常用）
gpio_config_t input_conf = {
.pin_bit_mask = (1ULL << GPIO_INPUT_PIN), // 选中引脚
.mode = GPIO_MODE_INPUT, // 输入模式
.pull_up_en = GPIO_PULLUP_ENABLE, // 开启内部上拉
.pull_down_en = GPIO_PULLDOWN_DISABLE, // 关闭下拉
.intr_type = GPIO_INTR_DISABLE // 关闭中断
};
gpio_config(&input_conf);
ESP_LOGI(TAG, "GPIO初始化完成 → 输出:GPIO0 输入:GPIO1");
}
void klpgpio(void)
{
// 初始化GPIO
gpio_example_init();
bool output_level = 0;
// 主循环
while (1) {
// 1. 翻转输出电平
output_level = !output_level;
gpio_set_level(GPIO_OUTPUT_PIN, output_level);
// 2. 读取输入电平
int input_level = gpio_get_level(GPIO_INPUT_PIN);
// 3. 打印状态
ESP_LOGI(TAG, "输出电平: %d | 输入电平: %d", output_level, input_level);
// 延时500ms
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
}
}
4.4 CMakeLists.txt修改
components\klpgpio\CMakeLists.txt 的修改：
idf_component_register(SRCS "klpgpio.c"
INCLUDE_DIRS "include"
REQUIRES esp_driver_gpio)
5.红外遥控 (RMT)驱动ws2812
5.1 创建组件和添加扩展组件
5.2 编写代码
#include <stdio.h>
#include "klpws2812.h"
/*
* SPDX-FileCopyrightText: 2023-2024 Espressif Systems (Shanghai) CO LTD
*
* SPDX-License-Identifier: Unlicense OR CC0-1.0
*/
#include <stdio.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
#include "led_strip.h"
#include "esp_log.h"
#include "esp_err.h"
// Set to 1 to use DMA for driving the LED strip, 0 otherwise
// Please note the RMT DMA feature is only available on chips e.g. ESP32-S3/P4
#define LED_STRIP_USE_DMA 1
#if LED_STRIP_USE_DMA
// Numbers of the LED in the strip
#define LED_STRIP_LED_COUNT 1
#define LED_STRIP_MEMORY_BLOCK_WORDS 1024 // this determines the DMA block size
#else
// Numbers of the LED in the strip
#define LED_STRIP_LED_COUNT 24
#define LED_STRIP_MEMORY_BLOCK_WORDS 0 // let the driver choose a proper memory block size automatically
#endif // LED_STRIP_USE_DMA
// GPIO assignment
#define LED_STRIP_GPIO_PIN GPIO_NUM_48
// 10MHz resolution, 1 tick = 0.1us (led strip needs a high resolution)
#define LED_STRIP_RMT_RES_HZ (10 * 1000 * 1000)
static const char *TAG = "example";
led_strip_handle_t configure_led(void)
{
// LED strip general initialization, according to your led board design
led_strip_config_t strip_config = {
.strip_gpio_num = LED_STRIP_GPIO_PIN, // The GPIO that connected to the LED strip's data line
.max_leds = LED_STRIP_LED_COUNT, // The number of LEDs in the strip,
.led_model = LED_MODEL_WS2812, // LED strip model
.color_component_format = LED_STRIP_COLOR_COMPONENT_FMT_GRB, // The color order of the strip: GRB
.flags = {
.invert_out = false, // don't invert the output signal
}
};
// LED strip backend configuration: RMT
led_strip_rmt_config_t rmt_config = {
.clk_src = RMT_CLK_SRC_DEFAULT, // different clock source can lead to different power consumption
.resolution_hz = LED_STRIP_RMT_RES_HZ, // RMT counter clock frequency
.mem_block_symbols = LED_STRIP_MEMORY_BLOCK_WORDS, // the memory block size used by the RMT channel
.flags = {
.with_dma = LED_STRIP_USE_DMA, // Using DMA can improve performance when driving more LEDs
}
};
// LED Strip object handle
led_strip_handle_t led_strip;
ESP_ERROR_CHECK(led_strip_new_rmt_device(&strip_config, &rmt_config, &led_strip));
ESP_LOGI(TAG, "Created LED strip object with RMT backend");
return led_strip;
}
void ws2812(void)
{
led_strip_handle_t led_strip = configure_led();
bool led_on_off = false;
ESP_LOGI(TAG, "Start blinking LED strip");
while (1) {
if (led_on_off) {
/* Set the LED pixel using RGB from 0 (0%) to 255 (100%) for each color */
for (int i = 0; i < LED_STRIP_LED_COUNT; i++) {
ESP_ERROR_CHECK(led_strip_set_pixel(led_strip, i, 5, 25, 5));
}
/* Refresh the strip to send data */
ESP_ERROR_CHECK(led_strip_refresh(led_strip));
ESP_LOGI(TAG, "LED ON!");
} else {
/* Set all LED off to clear all pixels */
ESP_ERROR_CHECK(led_strip_clear(led_strip));
ESP_LOGI(TAG, "LED OFF!");
}
led_on_off = !led_on_off;
vTaskDelay(pdMS_TO_TICKS(500));
}
}
5.3 修改CMakelists.txt
idf_component_register(SRCS "klpws2812.c"
INCLUDE_DIRS "include"
REQUIRES espressif__led_strip )6.LCD_CAM测试
6.1 安装摄像头组件
在esp32s3中RGB LCD接口和摄像头DVP接口依赖相同硬件，所以两个功能不能同时使用，如果需要使用lcd建议使用spi接口的lcd。官方有比较完善的摄像头组件 espressif__esp32-camera 可以直接使用，在vscode搜索 camera 安装组件，他会同时安装 espressif/esp_jpeg ^1.3.1 这个依赖。
6.2 创建自定义组件
创建一个自定义的 klpcamera 组件使用这个 espressif__esp32-camera 组件，最后工程如图所示：
6.3 示例代码
使用 espressif__esp32-camera 组件的例子程序，直接进行摄像头的功能测试，源码路径如图所示：
复制 camera_pinout.h 这个文件到自己工程目录，并修改引脚的宏定义为自己摄像头硬件使用的引脚，复制例子源码到自己工程的 klpcamera.c 文件里面修改代码，最后在main.c的 void app_main(void) 函数中调用测试摄像头的函数 void klpcamera(void) 会打印帧率和每张jpeg图片占用的内存容量。
camera_pinout.h 源码修改：
// WROVER-KIT PIN Map
#ifdef BOARD_WROVER_KIT
#define CAM_PIN_PWDN GPIO_NUM_NC //power down is not used
#define CAM_PIN_RESET GPIO_NUM_NC //software reset will be performed
#define CAM_PIN_XCLK GPIO_NUM_15
#define CAM_PIN_SIOD GPIO_NUM_4
#define CAM_PIN_SIOC GPIO_NUM_5
#define CAM_PIN_D7 GPIO_NUM_16
#define CAM_PIN_D6 GPIO_NUM_17
#define CAM_PIN_D5 GPIO_NUM_18
#define CAM_PIN_D4 GPIO_NUM_12
#define CAM_PIN_D3 GPIO_NUM_10
#define CAM_PIN_D2 GPIO_NUM_8
#define CAM_PIN_D1 GPIO_NUM_9
#define CAM_PIN_D0 GPIO_NUM_11
#define CAM_PIN_VSYNC GPIO_NUM_6
#define CAM_PIN_HREF GPIO_NUM_7
#define CAM_PIN_PCLK GPIO_NUM_13
#endif
// ESP32Cam (AiThinker) PIN Map
#ifdef BOARD_ESP32CAM_AITHINKER
#define CAM_PIN_PWDN 32
#define CAM_PIN_RESET -1 //software reset will be performed
#define CAM_PIN_XCLK 0
#define CAM_PIN_SIOD 26
#define CAM_PIN_SIOC 27
#define CAM_PIN_D7 35
#define CAM_PIN_D6 34
#define CAM_PIN_D5 39
#define CAM_PIN_D4 36
#define CAM_PIN_D3 21
#define CAM_PIN_D2 19
#define CAM_PIN_D1 18
#define CAM_PIN_D0 5
#define CAM_PIN_VSYNC 25
#define CAM_PIN_HREF 23
#define CAM_PIN_PCLK 22
#endif
// ESP32S3 (WROOM) PIN Map
#ifdef BOARD_ESP32S3_WROOM
#define CAM_PIN_PWDN 38
#define CAM_PIN_RESET -1 //software reset will be performed
#define CAM_PIN_VSYNC 6
#define CAM_PIN_HREF 7
#define CAM_PIN_PCLK 13
#define CAM_PIN_XCLK 15
#define CAM_PIN_SIOD 4
#define CAM_PIN_SIOC 5
#define CAM_PIN_D0 11
#define CAM_PIN_D1 9
#define CAM_PIN_D2 8
#define CAM_PIN_D3 10
#define CAM_PIN_D4 12
#define CAM_PIN_D5 18
#define CAM_PIN_D6 17
#define CAM_PIN_D7 16
#endif
// ESP32S3 (GOOUU TECH)
#ifdef BOARD_ESP32S3_GOOUUU
#define CAM_PIN_PWDN -1
#define CAM_PIN_RESET -1 //software reset will be performed
#define CAM_PIN_VSYNC 6
#define CAM_PIN_HREF 7
#define CAM_PIN_PCLK 13
#define CAM_PIN_XCLK 15
#define CAM_PIN_SIOD 4
#define CAM_PIN_SIOC 5
#define CAM_PIN_D0 11
#define CAM_PIN_D1 9
#define CAM_PIN_D2 8
#define CAM_PIN_D3 10
#define CAM_PIN_D4 12
#define CAM_PIN_D5 18
#define CAM_PIN_D6 17
#define CAM_PIN_D7 16
#endif
// ESP32S3 (XIAO)
#ifdef BOARD_ESP32S3_XIAO
#define CAM_PIN_PWDN -1
#define CAM_PIN_RESET -1 //software reset will be performed
#define CAM_PIN_VSYNC 38
#define CAM_PIN_HREF 47
#define CAM_PIN_PCLK 13
#define CAM_PIN_XCLK 10
#define CAM_PIN_SIOD 40
#define CAM_PIN_SIOC 39
#define CAM_PIN_D0 15
#define CAM_PIN_D1 17
#define CAM_PIN_D2 18
#define CAM_PIN_D3 16
#define CAM_PIN_D4 14
#define CAM_PIN_D5 12
#define CAM_PIN_D6 11
#define CAM_PIN_D7 48
#endif
klpcamera.c 源码修改
/**
* This example takes a picture every 5s and print its size on serial monitor.
*/
// =============================== SETUP ======================================
// 1. Board setup (Uncomment):
// #define BOARD_WROVER_KIT
// #define BOARD_ESP32CAM_AITHINKER
// #define BOARD_ESP32S3_WROOM
// #define BOARD_ESP32S3_XIAO
// #define BOARD_ESP32S3_GOOUUU
// #define BOARD_ESP32S3_XIAO
/**
* 2. Kconfig setup
*
* If you have a Kconfig file, copy the content from
* https://github.com/espressif/esp32-camera/blob/master/Kconfig into it.
* In case you haven't, copy and paste this Kconfig file inside the src directory.
* This Kconfig file has definitions that allows more control over the camera and
* how it will be initialized.
*/
/**
* 3. Enable PSRAM on sdkconfig:
*
* CONFIG_ESP32_SPIRAM_SUPPORT=y
*
* More info on
* https://docs.espressif.com/projects/esp-idf/en/latest/esp32/api-reference/kconfig.html#config-esp32-spiram-support
*/
// ================================ CODE ======================================
#include <stdio.h>
#include "klpcamera.h"
#include <esp_timer.h>
#include "sdkconfig.h"
#include <esp_log.h>
#include <esp_system.h>
#include <nvs_flash.h>
#include <sys/param.h>
#include <string.h>
#include "freertos/FreeRTOS.h"
#include "freertos/task.h"
// support IDF 5.x
#ifndef portTICK_RATE_MS
#define portTICK_RATE_MS portTICK_PERIOD_MS
#endif
#include "esp_camera.h"
#if defined(CONFIG_CAMERA_AF_SUPPORT) && CONFIG_CAMERA_AF_SUPPORT
#include "esp_camera_af.h"
#endif
#define BOARD_WROVER_KIT 1
#include "camera_pinout.h"
static const char *TAG = "example:take_picture";
#if ESP_CAMERA_SUPPORTED
static camera_config_t camera_config = {
.pin_pwdn = CAM_PIN_PWDN,
.pin_reset = CAM_PIN_RESET,
.pin_xclk = CAM_PIN_XCLK,
.pin_sccb_sda = CAM_PIN_SIOD,
.pin_sccb_scl = CAM_PIN_SIOC,
.pin_d7 = CAM_PIN_D7,
.pin_d6 = CAM_PIN_D6,
.pin_d5 = CAM_PIN_D5,
.pin_d4 = CAM_PIN_D4,
.pin_d3 = CAM_PIN_D3,
.pin_d2 = CAM_PIN_D2,
.pin_d1 = CAM_PIN_D1,
.pin_d0 = CAM_PIN_D0,
.pin_vsync = CAM_PIN_VSYNC,
.pin_href = CAM_PIN_HREF,
.pin_pclk = CAM_PIN_PCLK,
//XCLK 20MHz or 10MHz for OV2640 double FPS (Experimental)
.xclk_freq_hz = 20000000,
.ledc_timer = LEDC_TIMER_0,
.ledc_channel = LEDC_CHANNEL_0,
.pixel_format = PIXFORMAT_JPEG, //YUV422,GRAYSCALE,RGB565,JPEG
.frame_size = FRAMESIZE_VGA, //QQVGA-UXGA, For ESP32, do not use sizes above QVGA when not JPEG. The performance of the ESP32-S series has improved a lot, but JPEG mode always gives better frame rates.
.jpeg_quality = 12, //0-63, for OV series camera sensors, lower number means higher quality
.fb_count = 5, //When jpeg mode is used, if fb_count more than one, the driver will work in continuous mode.
.fb_location = CAMERA_FB_IN_PSRAM,
.grab_mode = CAMERA_GRAB_WHEN_EMPTY,
};
static esp_err_t init_camera(void)
{
//initialize the camera
esp_err_t err = esp_camera_init(&camera_config);//这里面会自动识别摄像头是OV2640还是OV3660，然后自动初始化
if (err != ESP_OK)
{
ESP_LOGE(TAG, "Camera Init Failed");
return err;
}
return ESP_OK;
}
#if defined(CONFIG_CAMERA_AF_SUPPORT) && CONFIG_CAMERA_AF_SUPPORT
static void maybe_init_autofocus(void)
{
sensor_t *s = esp_camera_sensor_get();
if (!s) {
ESP_LOGW(TAG, "AF: no sensor handle");
return;
}
if (!esp_camera_af_is_supported(s)) {
ESP_LOGI(TAG, "AF: not supported by this sensor");
return;
}
esp_camera_af_config_t af_cfg = {
.mode = ESP_CAMERA_AF_MODE_AUTO,
.timeout_ms = CONFIG_CAMERA_AF_DEFAULT_TIMEOUT_MS,
};
esp_err_t ret = esp_camera_af_init(s, &af_cfg);
if (ret != ESP_OK) {
ESP_LOGW(TAG, "AF init failed: %s", esp_err_to_name(ret));
return;
}
ESP_LOGI(TAG, "AF initialized (AUTO mode)");
}
#endif
#endif
void klpcamera(void)
{
uint32_t frame_count = 0; // 帧数计数器
int64_t start_time = esp_timer_get_time(); // 起始时间（微秒）
#if ESP_CAMERA_SUPPORTED
if(ESP_OK != init_camera()) {
return;
}
#if defined(CONFIG_CAMERA_AF_SUPPORT) && CONFIG_CAMERA_AF_SUPPORT
// Initialize autofocus if configured and supported by the sensor.
// In menuconfig: Component config → Camera configuration → Enable autofocus support
maybe_init_autofocus();
#endif
while (1)
{
ESP_LOGI(TAG, "Taking picture...");
camera_fb_t *pic = esp_camera_fb_get();
// use pic->buf to access the image
ESP_LOGI(TAG, "Picture taken! Its size was: %zu bytes", pic->len);
esp_camera_fb_return(pic);
// ========== 帧率计算核心代码 ==========
frame_count++;
// 每 1 秒钟计算并打印一次 FPS
if (esp_timer_get_time() - start_time >= 1000000) {
float fps = frame_count;
ESP_LOGI(TAG, "=== FPS: %.2f ===", fps);
// 重置计数器
frame_count = 0;
start_time = esp_timer_get_time();
}
vTaskDelay(5 / portTICK_RATE_MS);
}
#else
ESP_LOGE(TAG, "Camera support is not available for this chip");
return;
#endif
}
6.4 CMakelists.txt修改
idf_component_register(SRCS "klpcamera.c"
INCLUDE_DIRS "include"
REQUIRES espressif__esp32-camera nvs_flash esp_timer)
6.5 调试结果
编译调试程序，注意需要使用usb连接用vscode的调试功能，输出如图所示：
红色箭头标指的是下载调试按钮。
拓展
1.添加依赖的组件
当我们需要使用官方开发的一些组件的时候，需要在 CMakeLists.txt 添加依赖，不知道增加的组件的名字的时候，可以执行：
idf.py reconfigure输出的组件这一行会打印出现在项目里的所有组件如：
举例现在我添加 esp_driver_gpio 这个组件，我只需要在自己的组件的 CMakelists.txt 里面添加
2.项目代码地址
https://github.com/1358484518/learning_ESP32S3.githttps://github.com/1358484518/learning_ESP32S3.git以上仓库存储测试代码地址，用vscode打开即可使用。
3.esp32开发总结
esp32的GPIO除了个别高速外设和I/O，其他外设都可以使用任意的I/O，通过I/O内部矩阵控制映射I/O到相应的外设，一般做开发的时候，建议一般先AI查一下有没有在线的官方组件和本地的一些组件，可以直接使用他们，而且这些组件的功能一般比较完善，有相应的例子程序，直接复制到自己的组件，修改一下GPIO，波特率，等参数和增加CMakelists.txt依赖就可以在自己的组件当中使用，main.c 里面可以包含直接调用自定义的组件，就可以做到快速的开发功能实现。
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