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ESP32-S3-USB-OTG

:link_to_translation:`en:[English]`

ESP32-S3-USB-OTG 是一款侧重于 USB-OTG 功能验证和应用开发的开发板，基于 ESP32-S3 SoC，支持 Wi-Fi 和 BLE 5.0 无线功能，支持 USB 主机和 USB 从机功能。可用于开发无线存储设备、Wi-Fi 网卡、LTE MiFi、多媒体设备、虚拟键鼠等应用。该开发板具有以下特性：

• 板载 ESP32-S3-MINI-1-N8 模组，内置 8 MB flash
• 板载 USB Type-A 主机和从机接口，内置接口切换电路
• 板载 USB 转串口调试芯片（micro USB 接口）
• 板载 1.3 英寸 LCD 彩屏，支持 GUI
• 板载 SD 卡接口，兼容 SDIO 和 SPI 接口
• 板载充电 IC，可外接锂电池

ESP32-S3-USB-OTG（点击图片放大）

本指南包括：

• :ref:`Getting-started`：提供 ESP32-S3-USB-OTG 的简要概述及必须了解的硬件和软件信息。
• :ref:`Hardware-reference`：提供 ESP32-S3-USB-OTG 的详细硬件信息。
• :ref:`Related-documents`：提供相关文档的链接。

快速入门

本节介绍如何开始使用 ESP32-S3-USB-OTG。首先，介绍一些关于 ESP32-S3-USB-OTG 的基本信息，然后在应用程序开发章节介绍如何开始使用该开发板进行开发，最后介绍该开发板包装和零售信息。

组件介绍

ESP32-S3-USB-OTG 开发板包括以下两部分：

• 主板：ESP32-S3-USB-OTG 主板是整个套件的核心，该主板集成了 ESP32-S3-MINI-1 模组，并提供一个与 1.3 英寸 LCD 屏连接的接口。

ESP32-S3-USB-OTG 正面图（点击图片放大）

下表将从左边的 USB_HOST 接口开始，以逆时针顺序介绍上图中的主要组件。

主要组件	描述
USB_HOST 接口	USB Type-A 母口，用来连接其它 USB 设备。
ESP32-S3-MINI-1 模组	ESP32-S3-MINI-1 是通用型 Wi-Fi + 低功耗蓝牙 MCU模组，具有丰富的外设接口、强大的神经网络运算能力和信号处理能力，专为人工智能和 AIoT 市场打造。ESP32-S3-MINI-1 采用 PCB 板载天线，与 ESP32-S2-MINI-1 pin-to-pin 兼容。
MENU 按键	菜单按键。
Micro SD 卡槽	可插入 Micro SD 卡。支持 4-线 SDIO 和 SPI 模式。
USB Switch IC	通过设置 USB_SEL 的电平，可以切换 USB 外设连接到 USB_DEV 或 USB_HOST 接口，默认连接到 USB_DEV。
Reset 按钮	用于重启系统。
USB_DEV 接口	USB Type-A 公口，可连接其它 USB 主机，也作为锂电池充电。
电池供电开关	拨向 ON 按键一侧，使用电池供电；拨向 GND 按键一侧，通过其它方式供电。
Boot 按键	按键 Boot 键并保持，同时按一下 Reset 键，进入“固件下载”模式，通过串口下载固件。正常使用中可以作为确认按钮。
DW- 按键	向下按键。
屏幕排座	用于连接 1.3 英寸 LCD 屏。
UP+ 按键	向上按键。
USB 转 UART 接口	Micro-USB 接口，可用作开发板的供电接口，可烧录固件至芯片，也可作为通信接口，通过板载 USB 转 UART 桥接器与芯片通信。

ESP32-S3-USB-OTG 背面图（点击图片放大）

下表将从左边的 USB_HOST 接口开始，以逆时针顺序介绍上图中的主要组件。

主要组件	描述
黄色指示灯	设置 GPIO16 为高电平，指示灯亮。
绿色指示灯	设置 GPIO15 为高电平，指示灯亮。
充电指示灯	当为电池充电时，亮起红灯，充电完成红灯熄灭。
电池焊点	可焊接 3.6 V 锂电池，为主板供电。
充电电路	用于为锂电池充电。
空闲管脚	可自定义的空闲管脚。
USB 转 UART 桥接器	单芯片 USB 至 UART 桥接器，可提供高达 3 Mbps 的传输速率。

• 子板：ESP32-S3-USB-OTG-SUB - 贴装 1.3 英寸 LCD 屏

ESP32-S3-USB-OTG 子板（点击图片放大）

应用程序开发

ESP32-S3-USB-OTG 上电前，请首先确认开发板完好无损。

硬件准备

• ESP32-S3-USB-OTG
• 一根 USB 2.0 数据线（标准 A 转 Micro-B）
• 电脑（Windows、Linux 或 macOS）

软件设置

请前往 快速入门 中 详细安装步骤 一节查看如何快速设置开发环境。

工程选项

我们为 ESP32-S3-USB-OTG 开发板提供了应用示例，存放在 :project:`Examples <esp32-s3-usb-otg/examples>` 文件夹中。

您可以在示例目录下，输入 idf.py menuconfig 配置工程选项。

内容和包装

零售订单

每一个零售 ESP32-S3-USB-OTG 开发套件均有独立包装。

ESP32-S3-USB-OTG 包装 (click to enlarge)

包含以下部分：

• 主板：
  • ESP32-S3-USB-OTG
• 子板：
  • ESP32-S3-USB-OTG_SUB
• 紧固件
  • 安装螺栓（x4）
  • 螺丝（x4）
  • 螺母（x4）

零售订单请前往 https://www.espressif.com/zh-hans/company/contact/buy-a-sample。

批量订单

如批量购买，开发板将以大纸板箱包装。

批量订单请前往 https://www.espressif.com/zh-hans/contact-us/sales-questions。

硬件参考

功能框图

ESP32-S3-USB-OTG 的主要组件和连接方式如下图所示。

ESP32-S3-USB-OTG 功能框图 (click to enlarge)

请注意，功能框图中的 USB_HOST D+ D- 信号对应的外部接口是 USB DEV，是指 ESP32-S3 作为设备接收其它 USB 主机的信号。USB_DEV D+ D- 信号对应的外部接口是 USB HOST，是指 ESP32-S3 作为主机控制其它设备。

开发板供电选择

开发板有三种供电方式：

1. 通过 Micro_USB 接口供电
   • 使用方法 1 供电时，应使用一根 USB 电缆（标准 A 转 Micro-B）将主控板连接至供电设备，将电源开关置于 OFF。请注意，该供电模式仅有主板和显示屏被供电。
2. 通过 USB_DEV 接口供电
   • 使用方法 2 供电时，应将 DEV_VBUS_EN 设置为高电平，并将电源开关设置为 OFF。该供电模式可同时向 USB HOST 接口供电，如已安装锂电池，会同时对锂电池进行充电。
3. 通过电池接口，使用外部锂电池供电
   • 使用方法 3 供电时，应将 BOOST_EN 设置为高电平，将电源开关设置为 ON，并将 1S 锂电池 (3.7 V ~ 4.2 V) 焊接于主控板背面预留的电源焊点。该供电模式可同时向 USB HOST 接口供电。电池接口说明如下图：

电池连接图 (click to enlarge)

USB HOST 接口供电选择

USB HOST 接口（Type-A 母口）可向已连接的 USB 设备供电，供电电压为 5 V，最大电流为 500 mA。

• 供电电源有以下两个：
  1. 通过 USB_DEV 接口供电，5 V 电源直接来自该接口连接的电源
  2. 通过锂电池接口供电，锂电池 3.6 V ~ 4.2 V 电压通过 Boost 电路升压到 5 V。Boost IC 的工作状态可通过 BOOST_EN/GPIO13 控制，GPIO13 为高电平是使能 Boost。

Boost 电路图 (click to enlarge)

• 供电电源选择：

BOOST_EN	DEV_VBUS_EN	Power Source
0	1	USB_DEV
1	0	Battery
0	0	No output
1	1	Undefined

供电切换电路图

• 500 mA 限流电路
  1. 限流 IC MIC2005A 可将 USB HOST 接口最大输出电流限制为 500 mA。必须设置 IDEV_LIMIT_EN (GPIO17) 为高电平，使能限流 IC，USB HOST 接口才有电压输出。

500 mA 限流电路图

USB 接口选择电路

USB 接口切换电路图

• 当 USB_SEL (GPIO18) 引脚为高电平时，USB D+/D- (GPIO19, 20) 信号将连通到 USB_DEV D+ D-，这时可通过 USB HOST 接口（Type-A 母口）连接其它 USB 设备；
• 当 USB_SEL (GPIO18) 引脚为低电平时，USB D+/D- (GPIO19, 20) 信号将连通到 USB_HOST D+ D-，这时可通过 USB DEV 接口（Type-A 公口）连接到其它 USB 主机；
• 默认 USB_SEL 为低电平。

LCD 接口

LCD 接口电路图

请注意，该接口支持连接 SPI 接口屏幕，该开发板使用的屏幕型号为 :project:` ST7789 <esp32-s3-usb-otg/datasheet/ST7789VW_datasheet.pdf>`，LCD_BL (GPIO9) 可用于控制屏幕背光。

SD 卡接口

SD 卡接口电路图

请注意，SD 卡接口同时兼容 1-线，4-线 SDIO 模式和 SPI 模式。上电后，卡会处于 3.3 V signaling 模式下。发送第一个 CMD0 命令选择 bus 模式：SD 模式或者 SPI 模式。

充电电路

充电电路图

请注意，可将 Type-A 公口接入输出为 5 V 的电源适配器，为电池充电时，充电电路上的红色指示灯亮，电池充电完成，红色指示灯熄灭。在使用充电电路时，请将电源开关置于 OFF。充电电流为 212.7 mA。

GPIO 分配

功能引脚：

No.	ESP32-S3-MINI-1 管脚	说明
1	GPIO18	USB_SEL：用于切换 USB 接口，高电平时，USB_HOST 接口使能。低电平时（默认），USB_DEV 接口使能。
2	GPIO19	与 USB_D- 接口相连。
3	GPIO20	与 USB_D+ 接口相连。
4	GPIO15	LED_GREEN：用于控制绿色 LED 灯，高电平时，灯被点亮。
5	GPIO16	LED_YELLOW：用于控制黄色 LED 灯，高电平时，灯被点亮。
6	GPIO0	BUTTON_OK：OK 按键，按下为低电平。
7	GPIO11	BUTTON_DW：Down 按键，按下为低电平。
8	GPIO10	BUTTON_UP：UP 按键，按下为低电平。
9	GPIO14	BUTTON_MENU：MENU 按键，按下为低电平。
10	GPIO8	LCD_RET：用于复位 LCD，低电平时复位。
11	GPIO5	LCD_EN：用于使能 LCD，低电平时使能。
12	GPIO4	LCD_DC：用于切换数据和命令状态。
13	GPIO6	LCD_SCLK：LCD SPI 时钟信号。
14	GPIO7	LCD_SDA：LCD SPI MOSI 信号。
15	GPIO9	LCD_BL：LCD 背光控制信号。
16	GPIO36	SD_SCK：SD SPI CLK / SDIO CLK。
17	GPIO37	SD_DO：SD SPI MISO / SDIO Data0。
18	GPIO38	SD_D1：SDIO Data1。
19	GPIO33	SD_D2：SDIO Data2。
20	GPIO34	SD_D3：SD SPI CS / SDIO Data3。
21	GPIO1	HOST_VOL：USB_DEV 电压监测，ADC1 通道 0。
22	GPIO2	BAT_VOL：电池电压监测，ADC1 通道 1。
23	GPIO17	LIMIT_EN：使能限流芯片，高电平使能。
24	GPIO21	0VER_CURRENT：电流超限信号，高电平代表超限。
25	GPIO12	DEV_VBUS_EN：高电平选择 DEV_VBUS 电源。
26	GPIO13	BOOST_EN：高电平使能 Boost 升压电路。

扩展功能引脚：

No.	ESP32-S3-MINI-1 管脚	说明
1	GPIO45	FREE_1：空闲，可自定义。
2	GPIO46	FREE_2：空闲，可自定义。
3	GPIO48	FREE_3：空闲，可自定义。
4	GPIO26	FREE_4：空闲，可自定义。
5	GPIO47	FREE_5：空闲，可自定义。
6	GPIO3	FREE_6：空闲，可自定义。

相关文档

• ESP32-S3 技术规格书 (PDF)
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• ESP32-S3-USB-OTG PCB 布局图 (PDF)
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