ESP32单片机入门篇

news2024/10/6 13:56:56

一、ESP32单片机的基本概念

1.双核架构

2. Wi-Fi和蓝牙功能

3. 集成多种外设

4. 支持多种操作系统

二、开发环境

1. Arduino IDE

2. ESP-IDF

三、开发语言

四、注意事项

五、代码例程

（1）点亮LED灯

1. 电路图

2. 代码

3. 代码注释

4. 注意事项

（2）控制继电器

1. 电路图

2. 代码

3. 代码注释

4. 注意事项

ESP32单片机是一款基于改进的Tensilica LX6微架构的32位双核处理器 SoC，配备2.4 GHz Wi-Fi和蓝牙功能。由于其低功耗、高速度和广泛的应用适用性而被广泛应用。本文将介绍ESP32单片机的基本概念，开发环境，开发语言和一些注意事项，并提供一些简单的代码例程，以点亮LED灯和控制继电器为例。

一、ESP32单片机的基本概念

1.双核架构

ESP32单片机有两个处理器内核，主内核和协处理器内核。主内核能够运行完整的操作系统，而协处理器内核仅用于低功率计算。

2. Wi-Fi和蓝牙功能

ESP32单片机支持2.4 GHz Wi-Fi和蓝牙低功耗技术，可以在物联网应用中实现设备之间的通信。

3. 集成多种外设

ESP32单片机集成了具有丰富特性的外设，如连接可编程输入/输出口(Pin)的通用串行总线(UART)，蓝牙低功耗(BLE)，通用直接存储器访问(UMA)，I²C，SPI，SDIO和功率管理单元( PMU)等。

4. 支持多种操作系统

ESP32单片机可支持多种操作系统，如FreeRTOS，AliOS Things等，以满足不同的应用需求。

二、开发环境

ESP32单片机开发的两个主要环境：Arduino IDE和Espressif官方的ESP-IDF。

1. Arduino IDE

使用Arduino IDE可以更加快速简单地进行开发，Arduiono为ESP32提供了一个官方的软件开发工具，用户可以通过这个工具基于Arduino开发自己的编码，并烧录到ESP32上进行实验。使用步骤：

(1)下载Arduino IDE

(2)安装ESP32包

(3)选择ESP32板

(4)编写程序

(5)烧录到ESP32上

2. ESP-IDF

ESP-IDF是专门为ESP32定制的官方开发环境，使用ESP-IDF可以完全控制ESP32硬件的全部功能，并使用其内置的API完成更高级的任务。开发步骤：

(1)下载ESP-IDF

(2)建立并配置项目

(3)编写程序

(4)编译和烧录到ESP32

三、开发语言

ESP-IDF支持C和C++编程语言，Arduino IDE支持Arduino编程语言。

C和C++可用于访问ESP32的所有功能，并且可以使用Espressif的API库创建更高级的功能。

Arduino编程语言基于C/C++语言，并使用面向对象编程方法。它简化了硬件编程，并利用Arduino的许多内置库来操作输入/输出口，并在屏幕上输出数据。

四、注意事项

1. ESP32单片机的工作电压为3.3V，不能将其与5V设备直接连接。

2. 在连接输入/输出口时，应仔细研究设备制造商的规格说明，并选择正确的电阻值来保护设备。

3. ESP32单片机的特殊处理器架构意味着需要为每个处理器内核编写程序。这需要特定的编程技能并可能需要额外的工具/库。

五、代码例程

下面提供两个简单的ESP32单片机代码例程，分别是点亮LED灯和控制继电器：

（1）点亮LED灯

好的，下面是一个使用ESP32点亮LED灯的例程，包括电路图，代码，代码注释和注意事项：

1. 电路图

2. 代码

然后，我们需要编写代码来让ESP32单片机控制GPIO口，从而点亮 LED灯。请参考以下代码：

/*
  ESP32点亮LED灯的例程
  本例程使用GPIO18控制LED 
*/

// 引入需要的库
#include <Arduino.h>

// 定义 LED 灯所在 GPIO 口的编号
#define LED_PIN 18

void setup() {
  // 将LED所在的GPIO口设置为输出模式
  pinMode(LED_PIN, OUTPUT);
}

void loop() {
  // 将LED置于高电平状态，即点亮LED灯
  digitalWrite(LED_PIN, HIGH);

  // 延迟一段时间，Unit为毫秒ms
  delay(1000);

  // 将LED置于低电平状态，即熄灭LED灯
  digitalWrite(LED_PIN, LOW);

  // 再次延迟一段时间
  delay(1000);
}

3. 代码注释

为了更好地理解上述代码，以下是注释:

        首先，使用 #include <Arduino.h>引入了 Arduino 库，#define LED_PIN 18 定义了使用 GPIO18 作为 LED 口。
        void setup()是初始化函数，它会在程序运行开始时执行一次。在本例中，通过 pinMode(LED_PIN, OUTPUT) 将 GPIO18 作为输出模式，以控制 LED 的状态。
        void loop() 是主函数，它在初始化函数执行后按照无限循环执行。
        在本例中，通过调用 digitalWrite(LED_PIN, HIGH) 将 GPIO18 的电平状态设置为高电平（3.3V），以点亮 LED 灯。然后，通过 delay(1000) 函数延迟1秒钟时间。接着，调用 digitalWrite(LED_PIN, LOW) 将 GPIO18 的电平状态设置为低电平（0V），以熄灭 LED 灯。再次使用 delay(1000) 延迟1秒钟时间。

4. 注意事项

在使用 ESP32 单片机控制 LED 灯时，需要注意一些事项：

        1. 注意电源电压，ESP32 单片机的工作电压为3.3V，将其连接到其他电压系统时，需要使用电位分压器将电压转换为其能够接受的范围内。
        2. 在连接输入/输出口时，应仔细研究设备制造商的规格说明，并选择正确的电阻值来保护设备。
        3. ESP32 单片机的特殊处理器架构意味着需要为每个处理器内核编写程序。这需要特定的编程技能并可能需要额外的工具/库。

（2）控制继电器

好的，下面是一个使用 ESP32 控制继电器的例程，包括电路图，代码，代码注释和注意事项：

1. 电路图

首先，我们需要将 ESP32 单片机的一个 GPIO 口连接到一个继电器，以控制继电器的开关。以下是电路图：

在这个电路中，继电器的 VCC 引脚连接到电源正极5V，而 GND 引脚连接到电源地线上。在此基础上，IN 引脚连接到 ESP32 单片机的 GPIO4 口，由此控制继电器的开关状态。

2. 代码

然后，我们需要编写代码来让 ESP32 单片机控制 GPIO 口，从而实现控制继电器的功能。请参考以下代码：

/*
  ESP32控制继电器的例程
  本例程使用GPIO4控制继电器 
*/

// 引入需要的库
#include <Arduino.h>

// 定义继电器所在 GPIO 口的编号
#define RELAY_PIN 4

void setup()
{
  // 将继电器所在的 GPIOP口设置为输出模式
  pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT);
  // 打开继电器
  digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
}

void loop()
{
  // 延迟一段时间，unit为毫秒ms
  delay(1000);

  //关闭继电器
  digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH);

  // 延迟一段时间
  delay(1000);

  // 打开继电器
  digitalWrite(RELAY_PIN, LOW);
}

3. 代码注释

代码注释如下：

首先，使用 #include <Arduino.h> 引入了 Arduino 库，#define RELAY_PIN 4 定义了使用 GPIO4 作为继电器口。

void setup() 是初始化函数，它会在程序运行开始时执行一次。在本例中，通过 pinMode(RELAY_PIN, OUTPUT) 将 GPIO4 作为输出模式，以控制继电器的状态。在初始化函数中，通过 digitalWrite(RELAY_PIN, LOW) 打开继电器，使其处于闭合状态。

void loop() 是主函数，它在初始化函数执行后按照无限循环执行。在本例中，首先使用 delay(1000) 延迟1秒钟的时间。然后，通过调用 digitalWrite(RELAY_PIN, HIGH) 使继电器打开，其处于断开状态。再次使用 delay(1000) 延迟1秒钟时间。接着，调用 digitalWrite(RELAY_PIN, LOW) 使继电器闭合，以使继电器重新打开。