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树莓派 斑梨电子

ESP32-S3-Touch-LCD-2.1B 使用教程

产品介绍

产品简介

ESP32-S3-Touch-LCD-2.1产品是一款支持 2.4GHz WiFi 和蓝牙 BLE 5 的微控制器开发板。集成大容量 Flash 和 PSRAM，板载 2.1 英寸触摸屏，可流畅运行 LVGL 等 GUI 界面程序；结合多种外设接口，可快速开发 ESP32-S3 的 HMI 等应用。

产品特性

  • 搭载高性能 Xtensa 32 位 LX7 双核处理器，主频高达 240MHz
  • 支持 2.4 GHz Wi-Fi (802.11 b/g/n) 和 Bluetooth 5 (LE)，板载天线
  • 板载 512KB SRAM、384KB ROM、8MB PSRAM 及 16MB Flash
  • 板载 2.1 英寸触摸屏，480 × 480 分辨率，262K 彩色
  • 支持 I2C 接口控制触摸，支持中断
  • 引出 UART、I2C 以及部分 IO 接口，集成全速 USB 串口
  • 板载 QMI8658 六轴传感器、RTC 时钟传感器、Micro SD 卡座和电池充电管理模块等
  • 支持灵活时钟，多种电源模式等准确控制，实现多场景低功耗模式

资源简介


1、ESP32-S3R8
   双核处理器，高达 240MHz 的运行频率

2、QST 姿态传感器
   QMI8658（六轴陀螺加速度计）

3、TCA9554PWR
   GPIO 扩展芯片，已全部使用，未引出

4、FSUSB42UMX
   UART 选择芯片
   连接 UART Type-C 接口时禁用 4Pin UART 接口
   未连接 UART Type-C 时，4Pin UART 接口可用

5、CH343P
   USB 转 UART，并板载自动下载电路，无需多余操作即可实现程序烧录

6、16MB Flash

7、RTC 时钟芯片
   PCF85063 RTC 时钟

8、电池充电管理芯片

9、ME6217C33M5G
   低压降 LDO，电流 (Max) 800mA

10、USB Type-C 接口

11、系统电池接口
   MX1.25 2PIN 连接器，可用于接入 3.7V 锂电池，支持充放电


12、12PIN 多功能接口

13、IPEX 1 代座子
   可通过拆焊电阻切换为使用外部天线

14、Micro SD 卡座

15、RTC 电池接口
   接入可充电的 RTC 电池

16、I2C 接口
   内接其他芯片，仅允许外接 I2C 设备，不可映射为其他功能

17、UART 接口
   在连接 USB TO UART Type-C 接口时，该接口不可用

18、USB TO UART Type-C 接口

19、蜂鸣器

20、电源指示灯

21、充电指示灯
   在连接系统电池时，充电为常亮，充满熄灭
   (未连接系统电池时，状态不定)

22、电池供电控制开关

23、RESET 按键

24、BOOT 按键


接口介绍


  • 12PIN 杜邦线接口
序号引脚丝印功能说明
1GNDGND电源地
2VBus5VUSB供电
3D-USB 差分线（GPIO19）USB 差分线或用做GPIO
4D+USB 差分线（GPIO20）USB 差分线或用做GPIO
5GNDGND电源地
63V33V3对外输出3.3V
7SCLSCL（GPIO7）I2C 时钟线,不可用作普通GPIO
8SDASDA（GPIO15）I2C 数据线,不可用作普通GPIO
9TXDTXD（GPIO43）UART 数据发送或用作普通GPIO
10RXDRXD（GPIO44）UART 数据接收或用作普通GPIO
11NCNC无引脚连接
12IO0GPIO0空闲引脚引出
  • I2C 接口
引脚丝印功能说明
GNDGND电源地
3V33V3对外输出3.3V
SCLSCL（GPIO7）I2C 时钟线,不可用作普通GPIO
SDASDA（GPIO15）I2C 数据线,不可用作普通GPIO
  • UART 接口
引脚丝印功能说明
GNDGND电源地
3V33V3对外输出3.3V
TXDTXD（GPIO43）UART 数据发送或用作普通GPIO
RXDRXD（GPIO44）UART 数据接收或用作普通GPIO

产品尺寸


产品参数

参数名称参数
接口USB Type-C / UART Type-C
主控芯片ESP32-S3
屏幕类型TFT
屏幕控制芯片Display ：ST7701
Touch ：CST820
板载设备姿态传感器 ：QMI8658
RTC时钟 ：PCF85063
Micro SD
Buzzer
电池充电管理模块
产品尺寸75.00±0.1（R） mm

内部硬件连接

产品使用ESP32-S3实现，故硬件与软件上仅支持 RGB565。中文相关资料


LCD

LCD引脚ESP32S3
LCD_BLGPIO6
LCD_RSTEXIO1
LCD_SDAGPIO1
LCD_SCLGPIO2
LCD_CSEXIO3
PCLKGPIO41
DEGPIO40
VSYNCGPIO39
HSYNCGPIO38
B0NC
B1GPIO5
B2GPIO45
B3GPIO48
B4GPIO47
B5GPIO21
G0GPIO14
G1GPIO13
G2GPIO12
G3GPIO11
G4GPIO10
G5GPIO9
R0NC
R1GPIO46
R2GPIO3
R3GPIO8
R4GPIO18
R5GPIO17
TP_SDAGPIO15
TP_SCLGPIO7
TP_INTGPIO16
TP_RSTEXIO2

SD Card

SD CardESP32S3
SD_D0 / MISOGPIO42
SD_CMD / MOSIGPIO1
SD_SCK / SCLKGPIO2
SD_D3 / CSEXIO4
SD_D1NC
SD_D2NC

QMI

QMI8658ESP32S3
IMU_SCLGPIO7
IMU_SDAGPIO15
IMU_INT1EXIO6
IMU_INT2EXIO5

RTC

PCF85063ATLESP32S3
RTC_SCLGPIO7
RTC_SDAGPIO15
RTC_INTEXIO7

Buzzer

BuzzerESP32S3
Buzzer_ControlEXIO8

BAT

BATESP32S3
BAT_ADCGPIO4

使用说明

ESP32-S3-Touch-LCD-2.1 目前提供 Arduino IDE 和 ESP-IDF 两种开发工具和框架，提供了灵活的开发选择，你可以根据项目需求和个人习惯选择适合的开发工具。

开发工具介绍


Arduino IDE

Arduino IDE是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。不需要太多基础，简单学习后，你也可以快速地进行开发。同时，Arduino 拥有庞大的全球用户社区，提供了海量的开源代码、项目示例和教程，还有丰富的库资源，封装了复杂功能，让开发者能快速实现各种功能。


ESP-IDF

ESP-IDF，全称Espressif IDE，是乐鑫科技为 ESP系列芯片推出的专业开发框架。它使用C语言开发，包括编译器、调试器、烧录工具等，可在命令行下或使用集成开发环境（如 Visual Studio Code 配合 Espressif IDF 插件）进行开发，插件提供代码导航、项目管理、调试等功能。


这两种开发方式各有其优势，开发者可以根据自身需求和技能水平进行选择。Arduino 适合初学者和非专业人士，因其简单易学、上手快。而对于有专业背景或对性能要求较高的开发者，ESP-IDF 是更好的选择，它提供了更高级的开发工具和更强的控制能力，适用于复杂项目的开发。

器件准备

  • ESP32-S3-Touch-LCD-2.1 x1
  • SD卡 x1
  • USB线 type A公口 转 Type C公口 x1


在操作前，建议先浏览目录，快速了解文档结构。为顺利操作，请仔细阅读FAQ，提前了解可能的问题。文档中所有资料均提供超链接，方便下载。

Arduino开发

本章介绍 Arduino 环境搭建，包括 Arduino IDE、ESP32板管理、相关库的安装，程序编译下载及示例程序测试，帮助用户掌握开发板，便于二次开发。 


环境搭建

下载和安装 Arduino IDE

  • 点击访问Arduino官网，选择对应的系统和系统位数下载。

  • 运行安装程序，全部默认安装即可。
环境设置是在 Windows 10 系统下进行，Linux和Mac用户可访问Arduino-esp32环境搭建参考

安装 ESP32 开发板

  • ESP32相关主板在Arduino IDE使用，须先安装“esp32 by Espressif Systems”开发板的软件包
  • 根据板安装要求进行安装，一般推荐“在线安装”， 若在线安装失败，则使用“离线安装”
  • 安装教程，详见：Arduino 板管理教程
  • “esp32 by Espressif Systems”开发板离线软件包，点击此处下载：esp32_package_3.0.2_arduino离线包
  • ESP32-S3-Touch-LCD-2.1 所需开发板安装说明
板名称板安装要求版本号要求
esp32 by Espressif Systems“离线”安装/“在线”安装≥3.0.0

安装库

  • 在安装 Arduino 库时，通常有两种方式可供选择：在线安装 和 离线安装。若库安装要求离线安装，则必须使用提供的库文件
    对于大多数库，用户可以通过 Arduino 软件的在线库管理器轻松搜索并安装。然而，一些开源库或自定义库未被同步到 Arduino 库管理器中，因此无法通过在线搜索获取。在这种情况下，用户只能通过离线方式手动安装这些库。
  • 库安装教程，详见：Arduino 库管理教程
  • ESP32-S3-Touch-LCD-2.1 库文件存放于示例程序中，点击此处跳转：ESP32-S3-Touch-LCD-2.1示例程序
  • ESP32-S3-Touch-LCD-2.1 库文件安装说明
库名称说明版本库安装要求
LVGL图形库v8.3.10“离线”安装
LVGL更多学习及使用可参考LVGL官方文档

运行第一个 Arduino 程序


如果你刚入门学习ESP32和Arduino，还不知道如何创建、编译、烧录和运行Arduino ESP32程序，那么请展开看看，希望可以帮助到你！

新建工程

  • 运行Arduino IDE，选择 File -> New Sketch

  • 输入代码：
void setup() {
  // put your setup code here, to run once:
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  // put your main code here, to run repeatedly:
  Serial.println("Hello, World!");
  delay(2000);
}
  • 保存代码工程，选择 File -> Save As...；在弹出的菜单选择保存工程路径，并输入工程名，如 Hello_World，点击保存

编译和烧录程序

  • 选择对应的开发板，以ESP32S3主板为例：

①. 点击选择下拉框选项“Select Other Board and Port”；
②. 搜索需要的开发板型号“esp32s3 dev module”并选择；
③. 选择COM口；
④. 保存选择。

  • 若ESP32S3主板只有USB口，须打开（Enable）USB CDC，如下图所示：


  • 编译并上传程序：

①. 编译程序；②. 编译并下载程序；③. 下载成功。

  • 打开串口监视窗口，程序每隔2秒会打印“Hello World!”，运行情况如下所示：


示例程序


  • ESP32-S3-Touch-LCD-2.1 示例程序
示例程序基础例程说明依赖库
LVGL_Arduino测试板载设备功能LVGL

Arduino 工程参数设置



LVGL_Arduino

【硬件连接】

  • 将SD卡插入板子中
  • 将板子接入电脑


【代码分析】

  • setup()：初始化板载的各个设备
  • Driver_Init() ：小型设备初始化操作,创建一个任务Driver_Loop
  • Driver_Loop()：驱动板载设备
    • RTC_Loop() ：处理实时时钟
    • QMI8658_Loop() ：读取陀螺仪数据
    • BAT_Get_Volts()：获取电池电压

【运行效果】

  • LCD屏幕显示


  • 参数说明
参数功能说明
SD Card显示 SD 卡的大小连接SD卡，若识别失败请将SD卡格式化为FAT32格式（首次识别失败请等待一会后复位下再查看）
Flash Size显示 Flash 大小当前板载 16MB Flash
Battery Voltage电池电压连接电池时可检测到电池电压
Angular deflection显示板子角度偏移显示三个方向的偏移
RTC Time显示 RTC 时间显示当前 RTC 时间

RTC 时间与当前时间不一致，是因为掉电状态下并不能留存数据，如需要保持 RTC 时间正常，则需连接 RTC 电池并更新 RTC 时间

Wireless number显示扫描到的WIFI和蓝牙个数扫描结束会在末尾显示 Scan Finish
The buzzer tes蜂鸣器控制页面可控制蜂鸣器开关
  • 在触控屏上进行滑动，串口监视器会打印相应的位置坐标信息


ESP-IDF开发

本章介绍 ESP-IDF 环境搭建，包括 Visual Studio、Espressif IDF插件的安装，程序编译下载及示例程序测试，帮助用户掌握开发板，便于二次开发。 


环境搭建

下载和安装 Visual Studio

  • 打开VScode官网的下载页面，选择对应系统和系统位数进行下载

  • 运行安装包后，其余均可以默认安装，但这里为了后续的体验建议，建议在此处勾选框中的1、2、3项

    • 第一二项开启后，可以直接通过鼠标右键文件或者目录打开VSCode，可以提高后续的使用体验.
    • 第三项开启后，选择打开方式时，可以直接选择VSCode
环境设置是在 Windows 10 系统下进行，Linux和Mac用户可访问ESP-IDF环境搭建参考

安装Espressif IDF插件

  • 国内部分区域安装，一般推荐“在线安装”， 若因网络因素无法在线安装，则使用“离线安装”
  • 安装Espressif IDF插件教程，详见：安装Espressif IDF插件教程
  • ESP32-S3-Touch-LCD-2.1 所需Espressif IDF版本说明
插件名称插件安装要求版本号要求
Espressif IDF“离线”安装/“在线”安装≥5.3.1

运行第一个 ESP-IDF 程序


如果你刚入门学习ESP32和ESP-IDF，还不知道如何创建、编译、烧录和运行ESP-IDF程序，那么请展开看看，希望可以帮助到你！

新建项目




创建例程

  • 使用快捷键 F1 ，输入esp-idf:show examples projects


  • 选择你当前的IDF版本


  • 以Hello world例程为例

①选择对应例程
②其readme会说明该例程适用于什么芯片（下文有介绍例程怎么使用与文件结构，这里略）
③点击创建例程

  • 选择放置例程的路径，要求无例程同名文件夹


修改COM口

  • 此处显示使用对应的COM口，点击可以修改对应COM口
  • 请根据设备对应COM口进行选择（可通过设备管理器查看）
  • 若出现下载失败的情况请点击复位按键1秒以上或进入下载模式，等待 PC 端重新识别到设备后再次下载


修改驱动对象

  • 选择我们需要驱动的对象，也就是我们的主芯片为ESP32S3


  • 选择openocd的路径，这里对我们没有影响，所以我们随便选择一个即可



其余状态栏简介

①.ESP-IDF开发环境版本管理器，当我们的工程需要区分开发环境版本时，可以通过安装不同版本的ESP-IDF来分别管理，当工程使用特定版本时，可以通过使用它来切换
②.设备烧录COM口，选择以将编译好的程序烧录进芯片上
③.set-target 芯片型号选择，选择对应的芯片型号，如:ESP32-P4-Nano需要选择 esp32p4 为目标芯片
④.menuconfig，点击修改sdkconfig配置文件内容，项目配置详细资料
⑤.fullclean 清理按钮，当工程编译报错或其他操作污染编译内容时，通过点击清理全部编译内容
⑥. Build 构建工程，当一个工程满足构建时，通过此按钮进行编译
⑦.当前下载方式，默认为UART
⑧.flash烧录按钮，当一个工程Build构建通过时，选择对应开发板COM口，点击此按钮可以将编译好的固件烧录至芯片
⑨.monitor开启烧录口监控，当一个工程Build-->flash后，可通过点击此按钮查看烧录、调试口输出的l0g，以便观察应用程序是否正常工作
⑩.Debug调试
⑪.Build Flash Monitor 一键按钮，用于连续执行Build-->Flash-->Monitor，常被称作小火苗


编译、烧录、串口监视

  • 点击我们之前介绍的 编译，烧录，打开串口监视器按键


  • 编译可能需要较长时间才能完成，尤其是在第一次编译时


  • 在此过程中，ESP-IDF可能会占用大量CPU资源，因此可能会导致系统卡顿
  • 若是新工程首次烧录程序，将需要选择下载方式，选择 UART


  • 后续也可在 下载方式 处进行修改（点击即可弹出选项）


  • 因为板载自动下载电路，无需手动操作即可自动下载
  • 下载成功后，自动进入串口监视器，可以看到芯片输出对应的信息并提示10S后重启



使用IDF 示例程序

下文以使用“ESP32-S3-LCD-1.47-Demo”为例介绍工程的两种打开方式及使用的一般步骤、ESP-IDF工程项目详解，若使用其他工程，操作步骤类推。

软件内部打开

  • 打开 VScode 软件，选择文件夹打开示例


  • 选择提供的 ESP-IDF 下的示例，点击选择文件(位于 示例程序/Demo/ESP-IDF 路径下)



软件外部打开

  • 正确选择工程目录，打开工程，否则会影响后续程序编译烧录


  • 连接设备后，选择好COM口和型号，点击下方编译并烧录即可实现程序控制


ESP-IDF工程项目详解

  • 组件（Component）:ESP-IDF中的组件是构建应用的基本模块，每个组件通常是相对独立的代码库或库，能实现特定的功能或服务，可以被应用程序或是其他组件重复使用，类似于Python开发中的库的定义。
    • 组件的引用：Python开发环境中引入库只需要“import 库名或路径”即可，而ESP-IDF基于C语言基础，引入库是通过CMakeLists.txt进行配置和定义的。
    • CmakeLists.txt的作用：ESP-IDF编译时编译工具CMake会首先通过读取工程目录的顶层CMakeLists.txt的内容来读取构建规则，识别需要编译的内容。当在CMakeLists.txt中引入了需要的组件、程序后，编译工具CMake会根据索引导入每个所需要编译的内容。编译过程如：


示例程序


  • ESP32-S3-Touch-LCD-2.1 示例程序
示例程序基础例程说明
ESP32-S3-Touch-LCD-2.1-Test测试板载设备功能

ESP32-S3-Touch-LCD-2.1-Test

【硬件连接】

  • 将SD卡插入板子中
  • 将板子接入电脑


【代码分析】

  • setup()：初始化板载的各个设备
  • Driver_Init() ：小型设备初始化操作,创建一个任务Driver_Loop
  • Driver_Loop()：驱动板载设备
    • RTC_Loop() ：处理实时时钟
    • QMI8658_Loop() ：读取陀螺仪数据
    • BAT_Get_Volts()：获取电池电压

【运行效果】

  • LCD屏幕显示


  • 参数说明
参数功能说明
SD Card显示 SD 卡的大小连接SD卡，若识别失败请将SD卡格式化为FAT32格式（首次识别失败请等待一会后复位下再查看）
Flash Size显示 Flash 大小当前板载 16MB Flash
Battery Voltage电池电压连接电池时可检测到电池电压
Angular deflection显示板子角度偏移显示三个方向的偏移
RTC Time显示 RTC 时间显示当前 RTC 时间

RTC 时间与当前时间不一致，是因为掉电状态下并不能留存数据，如需要保持 RTC 时间正常，则需连接 RTC 电池并更新 RTC 时间

Wireless number显示扫描到的WIFI和蓝牙个数扫描结束会在末尾显示 Scan Finish
The buzzer tes蜂鸣器控制页面可控制蜂鸣器开关
  • 在触控屏上进行滑动，串口监视器会打印相应的位置坐标信息


Flash固件的烧录与擦除

  • 当前示例程序有提供测试固件，可通过直接烧录测试固件来测试板载设备功能正常与否
Flash固件的烧录与擦除教程参考

资料

原理图

工程图纸

示例程序

数据手册

ESP32-S3

显示屏

其他器件

软件工具

Arduino

VScode

调试工具

其他资料链接

FAQ

问题：模块下载程序后，重新下载，有时会出现无法连接串口，或者烧录失败的情况？

  • 点击复位按键1秒以上，等待 PC 端重新识别到设备后再次下载
  • 可长按BOOT按键，同时按下RESET，然后松开RESET，再松开BOOT按键，此时模块可进入下载模式，可解决大部分无法下载的问题。


问题：模块出现一直复位的情况，从设备管理器查看识别状况会一闪一闪的？

这种情况可能是由于 Flash 空白导致 USB 口不稳定，可长按BOOT按键，同时按下RESET，然后松开RESET，再松开BOOT按键，此时模块可进入下载模式烧录固件（程序）即可解决该情况。


问题： 程序首次编译超级慢怎么处理?

  • 首次编译很慢属于正常情况，耐心等待即可


问题： 找不到AppData文件夹怎么处理？

  • 部分AppData文件夹是默认隐藏的，可以设置为显示。
  • 英文系统：资源管理器->View->勾选“Hidden items”
  • 中文系统：文件资源管理器->查看->显示->勾选“隐藏的项目”


问题： 怎么查看自己使用的COM口?

  • Windows系统：

①通过设备管理器查看： 按下Windows + R键打开“运行”对话框； 输入devmgmt.msc并按回车键打开设备管理器； 展开“端口（COM和LPT）”部分，这里会列出所有的COM端口及其当前状态。
②使用命令提示符查看： 打开命令提示符（CMD）； 输入mode命令，这将显示所有COM端口的状态信息。
③查看硬件连接： 如果你已经连接了外部设备到COM口，通常设备会占用一个端口号，可以通过查看连接的硬件来确定使用的是哪个端口。

  • Linux系统：

①使用dmesg命令查看： 打开终端。
②使用ls命令查看： 输入ls /dev/ttyS*或ls /dev/ttyUSB*来列出所有的串口设备。
③使用setserial命令查看： 输入setserial -g /dev/ttyS*来查看所有串口设备的配置信息。


问题： ESP-IDF为什么会报这个错误

  • 此情况为没有安装SD卡或SD卡无法被识别，若出现该情况，请等待一段时间后复位设备，仍不可解决请将SD卡格式化为FAT32格式，若依旧失败请更换其他SD卡


问题：在使用 MAC 设备时，程序烧录失败？


问题：此开发板支持多点触控吗？

  • 不支持


问题：为什么代码没问题且成功烧录，运行后没有输出？

  • 查看原理图，针对不同开发板的Type-C接口，对应代码处理输出不同：
    • USB直出的开发板，支持printf函数打印输出，若想支持Serial函数打印输出则需要使能USB CDC On Boot功能或者HWCDC声明
    • UART转USB的开发板，支持printf函数和Serial函数打印输出，无需使能USB CDC On Boot


问题：RGB屏幕问题

  • 屏幕支持262k色彩，由于ESP限制，故使用RGB565，实际为65k

问题：I2C总线上已经占用的地址

  • 0x15，0x20，0x51，0x6B，0x7E


技术支持

周一-周五（9:30-6:30）周六（9:30-5:30）

手机：13434470212

邮箱：services04@spotpear.cn

QQ：202004841

价格：
￥175
型号：
ESP32-S3-Touch-LCD-2.1
制造商：
斑梨电子
SKU：
0101636

ESP32 S3开发板2.1寸LCD触摸显示屏480 HMI LVGL带QMI8658 6轴加速度陀螺仪

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