ESP32-S3'e Giriş
ESP32-S3, Espressif tarafından piyasaya sürülen bir Sistem-on-Chip (SoC) mikrodenetleyicidir ve Uzun Menzil desteği de dahil olmak üzere 2,4 GHz Wi-Fi ve Bluetooth 5 (LE) özelliklerini bünyesinde barındırır. 240 MHz'e kadar hızda çalışan güçlü bir Xtensa® 32-bit LX7 çift çekirdekli işlemci ile donatılmıştır ve 512 KB dahili SRAM (TCM) özelliğine sahiptir. Ayrıca, yonga 45 adet programlanabilir GPIO pini ve çok çeşitli iletişim arayüzleri sunar. ESP32-S3 ayrıca daha büyük, yüksek hızlı Octal SPI flash ve harici RAM'i destekler, böylece kullanıcılar daha iyi performans için veri ve komut önbelleklemesini yapılandırabilir.
ESP32-S3-DevKitC-1 Pin Dizilişi
ESP32-S3-DevKitC, ESP32-S3-WROOM-1 modülüne dayalı bir geliştirme kartıdır. Bu kart, geliştiricilerin ESP32-S3 serisi mikrodenetleyici ile projelerinin prototipini oluşturmalarına ve test etmelerine yardımcı olmak üzere tasarlanmıştır. Kart, çevre birimleri ve sensörleri bağlamak için kullanılabilecek çeşitli donanım özellikleri ve pinler sunar. Aşağıda ESP32-S3-DevKitC'nin pin dağılımına ilişkin bir tanıtım yer almaktadır:
Pin Çıkışı Açıklaması
| Pin | Description |
|---|---|
| ESP32-S3-WROOM-1 Module | Main module with microcontroller, Wi-Fi, and Bluetooth. |
| USB-UART Bridge | Allows USB communication with ESP32-S3 module. |
| USB Port | Power and serial connection through USB. |
| BOOT Button | Puts ESP32-S3 into bootloader mode for firmware upload. |
| EN Button | Resets the ESP32-S3 module. |
| User Buttons | Two buttons for user-defined purposes. |
| User LEDs | LEDs controlled by the ESP32-S3 for visual feedback. |
| GPIO Pins | General Purpose Input/Output pins for various functions. |
| Analog Input Pins | Pins to read analog signals from sensors. |
| I2C Pins | Pins for I2C communication with sensors. |
| SPI Pins | Pins for high-speed communication with devices. |
| UART Pins | Pins for serial communication with other devices. |
| SD Card Slot | Slot for interfacing with SD cards. |
| JTAG Header | Header for advanced debugging and programming. |
| Power Supply Pins | Pins for 3.3V and GND connections. |
32 bit Xtensa LX7 İşlemci
Bu yonga ile ilgili olarak, entegre edilmiş Xtensa 32-bit LX7 çift çekirdekli işlemci hakkında sorularınız olabilir; zira genellikle karşılaştığımız gömülü yongaların çoğu ARM tabanlıdır. Xtensa, ARM çekirdeklerinden farklıdır; Xtensa LX serisi işlemciler, yüksek düzeyde yeniden yapılandırılabilirlik ve ölçeklenebilirlik sunarak karmaşık ve yoğun dijital sinyal işleme uygulamaları için ideal bir seçim haline gelir. Xtensa teknolojisi ile sistem tasarım mühendisleri, istenen birim mimarisini seçebilir ve yeni komutlar ile donanım yürütme birimleri oluşturarak, geleneksel yöntemlere dayalı olanlardan önemli ölçüde daha güçlü işlemci çekirdekleri tasarlayabilir. Xtensa oluşturucu, her işlemcinin kendine özgü kombinasyonuna uyarlanmış bir işletim sistemi de dahil olmak üzere kapsamlı bir yazılım araçları setini verimli bir şekilde üretebilir. Xtensa işlemcilerin özelleştirilebilir yapısı, tasarımda büyük esneklik ve yüksek verimlilik sağlar, bu da onları tüm yüksek düzeyde sentezlenmiş tek çipli sistemler için en uygun seçim haline getirir. Donanım yeniden yapılandırılabilirliği ile yazılım programlamasını bir arada kullanan Xtensa işlemciler, sadece hesaplama performansını artırmakla kalmaz, aynı zamanda kontrol amaçlı uygulamalarda da kolaylık sağlar.
ESP32-S3'ün Uygulamaları
Düşük güç tüketimli ESP32-S3 yongası, özellikle Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazları için tasarlanmıştır ve çok çeşitli uygulama alanlarına sahiptir. Günümüzde piyasada bulunan neredeyse tüm tüketici elektroniği ürünlerinde bu yonganın kullanılabileceğini söylemek mümkündür. Örneğin, klima veya pirinç pişirici gibi ev aletlerine bu yonga takılarak uzaktan kumanda ve bağlantı özellikleri sağlanabilir. Bazı özel uygulama alanları şunlardır:
- Akıllı Ev Aletleri
- Evrensel Düşük Güçlü IoT Sensör Hub'ı
- Otomatikleştirilmiş Endüstri
- Evrensel Düşük Güçlü IoT Veri Kaydedici
- Tıbbi Sigorta
- Kamera Video Akışı
- Tüketici Elektroniği
- USB Cihazı
- Akıllı Tarım
- Konuşma Tanıma
- POS Makinesi
- Görüntü Tanıma
- Hizmet Robotu
- Wi-Fi + Bluetooth Ağ Kartı
- Ses Ekipmanı
- Dokunma ve Yakınlık Algılama
ESP32-S3 ile STM32 Karşılaştırması
ESP32-S3, STM32 serisine kıyasla yonga tasarımında bir evrim niteliğindedir. STM32 yongaları köklü bir üne sahip olup çeşitli uygulamalarda yaygın olarak kullanılırken, ESP32 serisi stratejik olarak rakiplerinin bir adım önüne geçmiştir. WiFi ve Bluetooth işlevlerini doğrudan System-on-Chip (SoC) içine entegre ederek, ESP32-S3, IoT çağında akıllı ve bağlantılı cihazlara yönelik artan talebi karşılamaktadır.
STM32 yongaları güçlü ve çok yönlü mikrodenetleyiciler olsa da, WiFi ve Bluetooth bağlantısını etkinleştirmek için ek bileşenlere veya modüllere ihtiyaç duyabilirler. Buna karşın, ESP32-S3 yerleşik kablosuz iletişim kolaylığı sunarak harici bileşen ihtiyacını azaltır ve IoT uygulamaları için tasarım sürecini basitleştirir. ESP32-S3 ve STM32F103XX'in işlevsel şemalarının karşılaştırılması bu gelişmeyi ortaya koyacaktır.
Espressif'in ESP32'yi başlangıçtan itibaren WiFi ve Bluetooth özellikleriyle donatma kararı, şirketin yeni trendlerden yararlanmasını ve elektronik sektörünün değişen ihtiyaçlarını karşılamasını sağlamıştır. İnternet bağlantısı ve kablosuz iletişimin önemi giderek artarken, ESP32-S3'ün yerleşik özellikleri modern elektronik ürünlerin talepleriyle mükemmel bir uyum içindedir.
Dahası, ESP32-S3 serisi sadece WiFi ve Bluetooth sunmakla kalmaz, aynı zamanda performans, güç verimliliği ve kullanım kolaylığı açısından da iyileştirmeler sunar. STM32 serisi, ham performans ve kararlılık açısından hala belirli avantajlara sahip olsa da, ESP32-S3 hızla arayı kapatmakta ve çeşitli IoT ve bağlı cihaz uygulamalarında şimdiden popülerlik kazanmıştır.
ESP32-S3 ile Mikrodenetleyici Kartı Yapımı
ESP32-S3 yongasını pratik ürünlere uygulamak için, yonganın bir devre kartına yerleştirilmesi ve harici cihazlarla iletişim kurmak üzere çevresel devreler ve iletişim G/Ç bağlantı noktaları ile donatılması gerekir. Örneğin, bir yüz tanıma erişim kontrol cihazı oluşturmak için, görüntü yakalama ve işleme amacıyla harici bir kamerayı bağlamak üzere bir kamera arabirimi, WiFi veya Bluetooth bağlantısı için bir anten devresi ve büyük miktarda veriyi depolamak için bir SPI flash gereklidir. Aşağıdaki şekil, devrenin resmi şematik diyagramıdır ve genel olarak yaklaşık 20 direnç, kondansatör, indüktör, pasif kristal osilatör ve bir SPI flash içerir.
Bu devreleri tasarlamak size zor geliyorsa, önceden tasarlanmış ve paketlenmiş ESP32-S3 modüllerini tercih edebilirsiniz. Modül kullanımı geliştirme sürecimizi kısaltabilir, ancak maliyeti daha yüksek olabilir. Alternatif olarak, Espressif tarafından sağlanan resmi şemayı takip ederek kendi modüllerimizi geliştirebiliriz. Espressif tarafından resmi olarak piyasaya sürülen modüller aşağıdaki resimde gösterilmiştir.
Espressif tarafından piyasaya sürülen modüllerin farklı modelleri olacaktır. Aslında, ana yonga ESP32-S3 ile aynıdır. Farklı modeller arasındaki fark, yonga dışı Flash ve PSRAM’ın boyutunda yatmaktadır. Resmi olarak piyasaya sürülen en yüksek konfigürasyona sahip model ESP32-S3-WROOM-1-N16R8'dir; 16 MB Flash ve 8 MB PSRAM'e sahiptir. Bu konfigürasyonun geliştirme çalışmalarımız için yeterli olduğunu düşünüyorum:
| Model | Flash2 | PSRAM | Ambient temperature (℃) | Module size (mm) |
|---|---|---|---|---|
| ESP32-S3-WROOM-1-N4 | 4 MB (Quad SPI) | - | -40~85 | 18.0 * 25.5 * 3.1 |
| ESP32-S3-WROOM-1-N8 | 8 MB (Quad SPI) | - | -40~85 | 18.0 * 25.5 * 3.1 |
| ESP32-S3-WROOM-1-N16 | 16 MB (Quad SPI) | - | -40~85 | 18.0 * 25.5 * 3.1 |
| ESP32-S3-WROOM-1-H4 | 4 MB (Quad SPI) | - | -40~105 | 18.0 * 25.5 * 3.1 |
| ESP32-S3-WROOM-1-N4R2 | 4 MB (Quad SPI) | 2 MB (Quad SPI) | -40~85 | 18.0 * 25.5 * 3.1 |
| ESP32-S3-WROOM-1-N8R2 | 8 MB (Quad SPI) | 2 MB (Quad SPI) | -40~85 | 18.0 * 25.5 * 3.1 |
| ESP32-S3-WROOM-1-N16R2 | 16 MB (Quad SPI) | 2 MB (Quad SPI) | -40~85 | 18.0 * 25.5 * 3.1 |
| ESP32-S3-WROOM-1-N4R8 | 4 MB (Quad SPI) | 8 MB (Octal SPI) | -40~65 | 18.0 * 25.5 * 3.1 |
| ESP32-S3-WROOM-1-N8R8 | 8 MB (Quad SPI) | 8 MB (Octal SPI) | -40~65 | 18.0 * 25.5 * 3.1 |
| ESP32-S3-WROOM-1-N16R8 | 16 MB (Quad SPI) | 8 MB (Octal SPI) | -40~65 | 18.0 * 25.5 * 3.1 |
Bu hazır modülleri kullanarak belirli işlevlere sahip tek çipli bir mikrobilgisayar kartı tasarlayabiliriz. Genel işlevlere sahip bir geliştirme kartı yapmak istiyorsanız, yaygın olarak kullanılan yöntem modülün tüm giriş-çıkışlarını dışarıya çıkarmaktır; böylece kullanıcılar bunu kendi ihtiyaçlarına göre kullanabilirler. Harici cihazları kendiniz bağlayabilirsiniz; bu nedenle, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi genel amaçlı bir ESP32-S3 mini geliştirme kartı tasarladım:
ESP32-S3 ile Tasarım Genişletme Kartı
Her geliştirme kartı için genişletme kartları tasarlamak gerekmez; geliştirme kartını tasarlarken sadece ilgili harici arayüzleri doğrudan tasarlamanız yeterlidir. Ancak bu durum bir soruna yol açar. Başka ürünler üretmemiz gerektiğinde, geliştirme kartının tamamını yeniden tasarlamak zorunda kalırız; bu da zaman kaybına ve donanım maliyetlerine neden olur. Benim fikrim, temel geliştirme kartımızın değişmeden kalması ve ürün ihtiyaçlarına göre ilgili arayüzlere sahip bazı genişletme kartları tasarlayabilmemizdir. Böylece, harici arayüz kartlarını tasarlamak çok kolay olduğu için geliştirme süremiz çok daha kısalacaktır. Diğer bir neden ise, temel kartımızdaki bazı işlevlerin arızalanması ve onarılamaması durumunda, sadece daha iyi bir temel karta ihtiyacımız olması ve harici cihazlara bağlı genişletme kartlarında herhangi bir değişiklik yapmamız gerekmemesidir.
Burada, ESP32-S3'ü öğrenmemizi ve geliştirmeyi kolaylaştırmak için farklı işlevler kullanacağız. Tüm bu işlevleri tek bir geliştirme kartına sığdırmak imkansızdır ve bu çok yüksek maliyetlere neden olur. Farklı öğrenme ihtiyaçlarına göre daha düşük maliyetli ve yalnızca belirli işlevlere sahip genişletme kartlarını seçersek çok daha kolay olacaktır. Bu, başlangıç yapmamız için elverişlidir. İlk olarak, aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi çeşitli sensörleri bağlayan bir genişletme kartı tasarladım:
