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Introdução ao Seeed Studio XIAO ESP32C3


Introdução​

Seeed Studio XIAO ESP32C3 é uma placa de desenvolvimento mini para IoT baseada no chip de modo duplo WiFi/Bluetooth ESP32-C3 da Espressif, apresentando uma CPU RISC-V de 32 bits que oferece desempenho de computação poderoso com sua arquitetura eficiente. Ela possui excelente desempenho de radiofrequência, suportando os protocolos IEEE 802.11 b/g/n WiFi e Bluetooth 5 (BLE). Esta placa vem incluída com uma antena externa para aumentar a intensidade do sinal para suas aplicações sem fio. Também possui um fator de forma pequeno e requintado combinado com um design montável em superfície de um único lado. Está equipada com interfaces ricas e possui 11 E/S digitais que podem ser usadas como pinos PWM e 4 E/S analógicas que podem ser usadas como pinos ADC. Ela suporta quatro interfaces seriais como UART, I2C e SPI. Há também um pequeno botão de reset e um botão de modo bootloader na placa. A XIAO ESP32C3 é totalmente compatível com o Grove Shield for Seeeduino XIAO e com a Seeeduino XIAO Expansion board, exceto que, para a Seeeduino XIAO Expansion board, os contatos de mola SWD na placa não serão compatíveis.

Com relação aos recursos destacados acima, a XIAO ESP32C3 é posicionada como uma placa de desenvolvimento mini para IoT de alto desempenho, baixo consumo de energia e custo acessível, adequada para aplicações de IoT de baixo consumo e aplicações vestíveis sem fio.

Este wiki mostrará como você pode começar rapidamente a usar a XIAO ESP32C3!

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Especificações​

ParâmetroDescrição
ProcessadorESP32-C3 SoC
Processador de chip RISC-V single-core de 32 bits com pipeline de quatro estágios que opera em até 160 MHz
Sem fioSubsistema Wi-Fi completo de 2,4GHz
Bluetooth Low Energy 5.0/ Bluetooth Mesh
Memória no chip400KB SRAM & 4MB Flash
Interface1x UART
1x IIC
1x SPI
11x GPIO(PWM)
4x ADC
1x Botão de reset
1x Botão de boot
Dimensões21 x 17.8mm
Energia (típ.)Corrente máxima de saída 3,3V: 500mA
Condição de teste: Entrada do pino BAT @ 3.8V
Capacidade de fornecimento: 3A
Corrente de carga: 380mA (rápida) / 40mA (trickle)
Tensão de entrada (VIN): 5V
Tensão de entrada (BAT): 3.7V
Consumo de energia em Deep SleepModo Deep Sleep: 44 μA
Consumo de energia com Wi-Fi ativadoModo ativo: 75 mA
Modo Modem-sleep: 25 mA
Modo Light-sleep: 4 mA
Consumo de energia com BLE ativadoModo Modem-sleep: 27 mA
Modo Light-sleep: 10 mA
Temperatura de trabalho-40°C ~ 85°C

Recursos​

  • CPU poderosa: ESP32-C3, processador RISC-V single-core de 32 bits que opera em até 160 MHz
  • Subsistema Wi-Fi completo: Está em conformidade com o protocolo IEEE 802.11b/g/n e suporta modo Station, modo SoftAP, modo SoftAP + Station e modo promíscuo
  • Subsistema Bluetooth LE: Suporta recursos do Bluetooth 5 e Bluetooth mesh
  • Ultra baixo consumo de energia: O consumo de energia em deep sleep é de cerca de 43μA
  • Melhor desempenho de RF: Antena RF externa incluída
  • Chip de carregamento de bateria: Suporta gerenciamento de carga e descarga de bateria de lítio
  • Ricos recursos no chip: 400KB de SRAM e 4MB de memória flash on-board
  • Tamanho ultra pequeno: Tão pequeno quanto um polegar (21x17.8mm), fator de forma clássico da série XIAO para dispositivos vestíveis e projetos pequenos
  • Recursos de segurança confiáveis: Aceleradores de hardware criptográfico que suportam AES-128/256, Hash, RSA, HMAC, assinatura digital e boot seguro
  • Interfaces ricas: 1xI2C, 1xSPI, 2xUART, 11xGPIO(PWM), 4xADC, 1xinterface de almofada de conexão JTAG
  • Componentes em um único lado, design para montagem em superfície

Visão geral de hardware​

*A3(GP105) - Usa ADC2, que pode se tornar inoperante devido a sinais de amostragem falsos. Para leituras analógicas confiáveis, use ADC1(A0/A1/A2). Consulte o datasheet do ESP32-C3.

Diagrama de indicação frontal do XIAO ESP32C3
Diagrama de indicação traseira do XIAO ESP32C3
Lista de pinos do XIAO ESP32C3

Mapa de pinos​

Pino XIAOFunçãoPino do chipFunções alternativasDescrição
5VVBUSEntrada/Saída de energia
GND
3V33V3_OUTSaída de energia
D0AnalógicoGPIO2ADC1_CH2,GPIO, ADC
D1AnalógicoGPIO3ADC1_CH3GPIO, ADC
D2AnalógicoGPIO4ADC1_CH4, FSPIHD, MTMSGPIO, ADC
D3AnalógicoGPIO5ADC2_CH0, FSPIWP, MTDIGPIO, ADC
D4SDAGPIO6FSPICLK, MTCKGPIO, Dados I2C
D5SCLGPIO7FSPID, MTDOGPIO, Clock I2C
D6TXGPIO21U0TXDGPIO, Transmissão UART
D7RXGPIO20U0RXDGPIO, Recepção UART
D8SCKGPIO8GPIO, Clock SPI
D9MISOGPIO9GPIO, Dados SPI
D10MOSIGPIO10FSPICS0GPIO, Dados SPI
MTDOGPIO7JTAG
MTDIGPIO5JTAG, ADC
MTCKGPIO6JTAG, ADC
MTMSGPIO4JTAG, ADC
ResetCHIP_ENEN
BootGPIO9Entrar no modo Boot
U.FL-R-SMT1LNA_INAntena UFL
LightVCC_3V3CHG-LED

Pinos de alimentação​

  • 5V - Esta é a saída de 5 V da porta USB. Você também pode usá-la como entrada de tensão, mas deve ter algum tipo de diodo (Schottky, sinal, potência) entre sua fonte de alimentação externa e este pino, com o ânodo para a bateria e o cátodo para o pino de 5V.
  • 3V3 - Esta é a saída regulada do regulador onboard. Você pode drenar 700 mA
  • GND - Terra de alimentação/dados/sinal

Pinos de configuração (Strapping Pins)​

De acordo com o manual do chip do ESP32C3, GPIO2, GPIO8 e GPIO9 no chip são Strapping Pins; as configurações de nível alto e baixo desses pinos podem permitir que o chip entre em diferentes modos de Boot. Por favor, preste atenção a este ponto ao usar esses pinos, caso contrário isso pode impedir que seu XIAO faça upload ou execute o programa o tempo todo.

Introdução​

Primeiro, vamos conectar o XIAO ESP32C3 ao computador, conectar um LED à placa e fazer o upload de um código simples a partir da Arduino IDE para verificar se a placa está funcionando bem, fazendo o LED conectado piscar.

Preparação de hardware​

Você precisa preparar o seguinte:

dica

Alguns cabos USB podem apenas fornecer energia e não transferir dados. Se você não tiver um cabo USB ou não souber se o seu cabo USB pode transmitir dados, você pode verificar o Seeed USB Type-C support USB 3.1.

  • Passo 1. Conecte o XIAO ESP32C3 ao seu computador por meio de um cabo USB Tipo-C.
  • Passo 2. Conecte um LED ao pino D10 como a seguir

Nota: Certifique-se de conectar um resistor (cerca de 150 Ω) em série para limitar a corrente através do LED e evitar corrente excessiva que possa queimar o LED

Preparação de software​

  • Passo 1. Baixe e instale a versão mais recente da Arduino IDE de acordo com o seu sistema operacional

  • Passo 2. Inicie o aplicativo Arduino

  • Passo 3. Adicione o pacote de placas ESP32 à sua Arduino IDE

Navegue até File > Preferences e preencha "Additional Boards Manager URLs" com a URL abaixo: https://jihulab.com/esp-mirror/espressif/arduino-esp32.git

Navegue até Tools > Board > Boards Manager..., digite a palavra-chave "esp32" na caixa de pesquisa, selecione a versão mais recente de esp32 e instale-a.

  • Passo 4. Selecione sua placa e porta

Placa

Navegue até Tools > Board > ESP32 Arduino e selecione "XIAO_ESP32C3". A lista de placas é um pouco longa e você precisa rolar até o final para encontrá-la.

Porta

Navegue até Tools > Port e selecione o nome da porta serial do XIAO ESP32C3 conectado. Provavelmente será COM3 ou superior (COM1 e COM2 geralmente são reservadas para portas seriais de hardware).

  • Passo 1. Copie o código abaixo para a Arduino IDE

Certifique-se de que seu D10 esteja conectado a um LED como mostrado no diagrama acima.


// define led according to pin diagram in article
const int led = D10; // there is no LED_BUILTIN available for the XIAO ESP32C3.

void setup() {
  // initialize digital pin led as an output
  pinMode(led, OUTPUT);
}

void loop() {
  digitalWrite(led, HIGH);   // turn the LED on 
  delay(1000);               // wait for a second
  digitalWrite(led, LOW);    // turn the LED off
  delay(1000);               // wait for a second
}
  • Passo 2. Clique no botão Upload para fazer o upload do código para a placa

Depois de enviado, você verá o LED conectado piscando com um atraso de 1 segundo entre cada piscada. Isso significa que a conexão foi bem-sucedida e agora você pode explorar mais projetos com o XIAO ESP32C3!

Uso da bateria​

O XIAO ESP32C3 é capaz de usar uma bateria de lítio de 3,7 V como entrada de alimentação. Você pode consultar o diagrama a seguir para o método de fiação.

pir
cuidado

Tenha cuidado para não causar curto-circuito entre os terminais positivo e negativo e queimar a bateria e o equipamento ao soldar.

Instruções sobre o uso de baterias:

  1. Use baterias qualificadas que atendam às especificações.
  2. O XIAO pode ser conectado ao seu computador por meio de cabo de dados enquanto usa a bateria; fique tranquilo, o XIAO possui um chip de proteção de circuito integrado, que é seguro.
  3. O XIAO ESP32C3 não terá nenhum LED aceso quando estiver alimentado por bateria (a menos que você tenha escrito um programa específico). Por favor, não julgue se o XIAO ESP32C3 está funcionando ou não pela condição do LED; avalie isso de forma adequada pelo seu programa.
  4. Desculpe, atualmente não temos como ajudá-lo a verificar o nível restante da bateria por meio de software (porque não há mais pinos de chip disponíveis). Você precisa carregar a bateria regularmente ou usar um multímetro para verificar o nível da bateria.

Verificar a tensão da bateria​

Devido à limitação do número de pinos no ESP32C3, os engenheiros não tinham pinos extras para alocar à bateria para medição de tensão, a fim de garantir que o XIAO ESP32C3 tivesse o mesmo número de GPIOs disponíveis que as outras séries XIAO.

Mas se você preferir usar um pino separado para medição da tensão da bateria, pode consultar a operação genial de msfujino. Também gostaríamos de agradecer especialmente a msfujino por toda a experiência e esforços compartilhados para o XIAO ESP32C3.

A ideia básica de operação é: a tensão da bateria foi dividida por 1/2 com 200k e conectada à porta A0 para que a tensão pudesse ser monitorada.

pir

A folha de dados diz nominalmente 2500 mV de conversão AD em escala total, mas há uma grande variação de chip para chip, na verdade ±10%. Meu chip tinha 2700 mV de escala total.

Felizmente, o valor de correção calibrado para cada chip é escrito na área de fusíveis e, usando a função analogReadMilliVolts(), posso ler o valor de tensão corrigido sem fazer nada especial.

O resultado da conversão AD e a tensão medida pelo multímetro concordam bem entre si, com um erro de cerca de 5 mV, o que não é um problema no uso prático.

Além disso, especialmente durante a comunicação, ocorreram erros em forma de picos, que tiveram de ser suavizados por média 16 vezes para removê-los.

A seguir está o procedimento para testar a tensão da bateria.

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(A0, INPUT);         // ADC
}

void loop() {
  uint32_t Vbatt = 0;
  for(int i = 0; i < 16; i++) {
    Vbatt = Vbatt + analogReadMilliVolts(A0); // ADC with correction   
  }
  float Vbattf = 2 * Vbatt / 16 / 1000.0;     // attenuation ratio 1/2, mV --> V
  Serial.println(Vbattf, 3);
  delay(1000);
}
dica

O conteúdo acima é do usuário do fórum da Seeed Studio msfujino, originalmente publicado em: https://forum.seeedstudio.com/t/battery-voltage-monitor-and-ad-conversion-for-xiao-esp32c/267535. Recomendamos que você tenha boas habilidades práticas e melhores habilidades de soldagem antes de tentar medir a tensão da bateria com base no exposto acima, e seja cauteloso com ações perigosas, como curto-circuitar baterias.

Modo de sono profundo e despertar​

O XIAO ESP32C3 foi projetado para suportar o modo de sono profundo e funções de despertar. Para o uso dessas duas funções, fornecemos os seguintes exemplos de uso.

#define BUTTON_PIN_BITMASK 0x200000000 // 2^33 in hex

RTC_DATA_ATTR int bootCount = 0;

/*
Method to print the reason by which ESP32
has been awaken from sleep
*/
void print_wakeup_reason(){
  esp_sleep_wakeup_cause_t wakeup_reason;

  wakeup_reason = esp_sleep_get_wakeup_cause();

  switch(wakeup_reason)
  {
    case ESP_SLEEP_WAKEUP_EXT0 : Serial.println("Wakeup caused by external signal using RTC_IO"); break;
    case ESP_SLEEP_WAKEUP_EXT1 : Serial.println("Wakeup caused by external signal using RTC_CNTL"); break;
    case ESP_SLEEP_WAKEUP_TIMER : Serial.println("Wakeup caused by timer"); break;
    case ESP_SLEEP_WAKEUP_TOUCHPAD : Serial.println("Wakeup caused by touchpad"); break;
    case ESP_SLEEP_WAKEUP_ULP : Serial.println("Wakeup caused by ULP program"); break;
    default : Serial.printf("Wakeup was not caused by deep sleep: %d\n",wakeup_reason); break;
  }
}

void setup(){
  Serial.begin(115200);
  delay(1000); //Take some time to open up the Serial Monitor

  //Increment boot number and print it every reboot
  ++bootCount;
  Serial.println("Boot number: " + String(bootCount));

  //Print the wakeup reason for ESP32
  print_wakeup_reason();

  esp_deep_sleep_enable_gpio_wakeup(BIT(D1), ESP_GPIO_WAKEUP_GPIO_LOW);

  //Go to sleep now
  Serial.println("Going to sleep now");
  esp_deep_sleep_start();
  Serial.println("This will never be printed");
}

void loop(){
  //This is not going to be called
}

Se você for rápido o suficiente para ligar o monitor serial antes que o XIAO entre em modo de sono profundo, poderá ver a mensagem de saída como mostrado abaixo. Isso significa que o XIAO agora está "adormecido".

dica

Depois de entrar no modo de sono profundo, a porta do XIAO desaparecerá e você precisará acordá-lo para ver o número da porta novamente!

No programa, estamos usando um nível baixo em D1 para acordar. Isso significa que podemos conectar um botão ao pino D1 e o XIAO acordará quando pressionarmos o botão.

cuidado

O XIAO ESP32-C3 suporta despertar por GPIO e por temporizador, e os pinos que suportam despertar são D0~D3.

Solução de problemas​

P1: Meu Arduino IDE trava ao enviar o código para a placa​

Você pode primeiro tentar reiniciar a placa clicando uma vez no RESET BUTTON enquanto a placa estiver conectada ao seu PC. Se isso não funcionar, mantenha pressionado o BOOT BUTTON, conecte a placa ao seu PC enquanto mantém o botão BOOT pressionado e, em seguida, solte-o para entrar no modo bootloader.

P2: Minha placa não está aparecendo como um dispositivo serial no Arduino IDE​

Siga a mesma resposta da P1 acima.

P3: Quero regravar o bootloader com o firmware de fábrica​

Você pode simplesmente conectar a placa a um PC via USB Type-C e regravar o bootloader com o firmware de fábrica usando a ESP RF Test Tool.

  • Passo 1. Mantenha pressionado o BOOT BUTTON e conecte o XIAO ESP32C3 ao PC para entrar no modo bootloader

  • Passo 2. Depois que estiver conectado, solte o BOOT BUTTON

  • Passo 3. Visite esta página e baixe ESP RF Test Tool and Test Guide

  • Passo 4. Extraia o .zip, navegue até ESP_RF_Test_EN\ESP_RF_Test_EN\EspRFTestTool_v2.8_Manual e abra EspRFTestTool_v2.8_Manual.exe
  • Passo 5. Selecione ESP32C3 como ChipType, sua porta COM, 115200 como BaudRate e clique em open

Você verá a seguinte saída

  • Passo 6. Selecione Flash e clique em Select Bin

Você verá a seguinte saída quando a gravação for bem-sucedida

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