11月25日発売 書籍『Arduinoと3Dプリンタでロボットを作ろう』を出させて頂きました!

【自作基板】ESP32-S3を使った自作ボードやオートリセット機能付きプログラマの製作を考えています!

ESP32やESP8266を使った自作ボードは、これまでいくつか製作してきました。
開発用途やちょっとした電子工作で使うにはとても便利で、今でもよく使っています。

【電子工作 / PCB】リポバッテリーからの駆動も出来る自作ESP32開発ボードの製作!
【電子工作/PCB】技適に対応したWeMos D1 Miniを自作してみました!

また、ESP32-S3-WROOM-1を使い最小構成で組んだボードも以前に製作しています。
こちらも最近よく使っているボードの一つです。

【電子工作 / PCB】自作ESP32-S3ボードを製作してみました!(ESP32-S3-WROOM-1)

少し古いタイプの、例えばESP32-WROOM-32とかではPSRAMを使うことが出来ませんが、ESP32-S3ではPSRAMを搭載したボードやモジュールも多く、画像処理やフレームバッファなどメモリを多く使う用途でも余裕を持って扱えるのが魅力です!

こうした点もあり、ESP32-S3を使った自作ボードをあらたに作ってみたいと考えるようになりました。

またESP系の開発では、書き込みやデバッグ等にUSB-シリアル変換が必要になることもあります。

これまで自作したものや市販されているものなどいくつか手元にあるのですが…
ただ、ESP系のボードにプログラムを書き込む際に手動でのリセットでは面倒になることが多く、オートリセット機能に対応したものをそういえば持っていなかったな!

そこで、自作ESP32-S3ボードに加えて、さらにESP系の書き込みで便利に使えるオートリセット機能が付いたESPプログラマも製作してみようと考えています。

ESP32-S3を使った自作ボードやオートリセット機能付きプログラマの製作

今回製作を考えているのは、次の3つのボードです。

まず1つ目は、ESP32-S3(WROOM-1)のUSB-OTGやUSB-Serialを利用できる自作ボードです。
S3の特徴でもあるUSB機能を活かし、さまざまな用途で使えるベースとなるボードを想定しています。

2つ目は、用途や機能を限定したESP32-S3ミニボードです。

ある程度の用途で使えるようにしつつ、引き出すI/O数を限定することで、小型で扱いやすいボードを目指しています。

そして3つ目は、ESP系のシリアルからの書き込みで便利に使えるオートリセット機能付きUSB-シリアル変換ボードです。

ESP系ボードでの書き込みを簡単に行えるツールとして、汎用的に使えるものを考えています。

① ESP32 S3 USB-OTG / UART対応ボード

ESP32-S3-WROOM-1を使った、USB-OTG / UART対応の自作ボードです。

ESP32-S3はネイティブUSB機能を内蔵しており、USB-OTGとしてホスト機能を利用することもできます。
そのため、ホストとしてUSBキーボードやUSBメモリなどのUSB機器を接続したり、PCとUSBデバイスとして通信する用途でも使用できます。

一方で、開発時にはシリアルモニタによるログ出力や書き込みなど、UART経由での通信が必要になる場面も多くあります。

そこでこのボードでは、ESP32-S3のネイティブUSBとは別にUSB-シリアル変換ICを搭載し、USB-OTG用とUART用の2つのUSB端子を持つ構成のボードとして製作しました。

公式Espressifが出しているESP32-S3-DevKitC-1をベースにし、バッテリー駆動に対応させたり、両面実装基板とすることでI/Oラベルを大きく見やすく取るなど、自分の開発環境に合わせてカスタムしたボードとなっています。

既にボードの製作は完了しており動作テストなども問題なく、最近普段の開発環境でよく使っています。

このボードの詳細や製作過程などの話については、別記事であらためて詳しく書く予定です。

② ESP32-S3 ミニボード

次に考えているのが、用途や機能をある程度限定したミニボードです。

上記ボードは、USB-OTGやUSB-Serialなどを搭載した開発向けのベースボードという位置付けで便利に使えているですが、もう少しシンプルでコンパクトなボードもあると便利です!

そこで、必要最低限の回路構成と引き出すI/Oを限定することで、小型で扱いやすいESP32-S3ミニボードの製作も考えています。

このボードではESP32-S3-WROOM-1を中心に、電源回路やUSB接続など必要な部分のみを構成し、シンプルで小型なボードとすることを目指しています。

小型のESP32ボードは、ブレッドボードでの試作やちょっとした組み込み用途でも扱いやすく、手元にあると何かと重宝します。

S3ミニボードに関しても、Seeed Studio XIAO ESP32 S3といった扱いやすいボードが販売されていて手元にもいくつかありますが…

安価で優秀なボードが多数販売されていることもあり、コスト面だけを考えると自作するメリットはあまり無いかもしれません!
このあたりは自作界隈ではよくある話です。

それでも自作することで、I/Oの割り振りやボード構成を自分の用途に合わせて自由に決めることが出来ます。

今回のミニボードも、自分の開発環境で使いやすいI/O配置などを考えながら設計しているところです。

③ オートリセット機能付きUSB-Serial変換ボード(ESPプログラマー)

ESP系ボードの書き込みなどで便利に使えるオートリセット機能付きUSB-シリアル変換ボードの製作も考えています。

ESP系ボードを使った開発では、UART経由でプログラムを書き込む場合や、ネイティブUSBのみで構成された上記のようなシンプルなボードでは、シリアル経由での書き込みやデバッグを行いたい場面も出てきます。

そのような場合に、オートリセット機能に対応したUSB-シリアル変換ボードがあると便利に使えそうです。

手元には、市販品や自作したUSB-シリアル変換ボードがいくつかあり、これまでの自作ボードへの書き込みなどにも使ってきました。

【電子工作 / PCB】FTDI FT232RLを使ったUSB-シリアル変換モジュールを自作してみました
【電子工作】CH340Eを使ったUSBシリアル変換モジュールを自作してみました!

ただ、ESP32などへの書き込みの際にボード単体で自動リセットが行えるものは、そういえば手元にありませんでした!

ESP系ボードへの書き込みでは、EN(RESET)スイッチやBOOTスイッチを使って手動で書き込みモードに移行させることもできますが、これらをDTRやRTS信号で制御することで、自動的に書き込みモードへ移行させることができます。

いわゆるESPプログラマー?と呼ばれるもので、こちらも市販されているものを見かけることがあります。

これも自作ボードとして、使いやすいものを製作してみようと考えています。

このボードも現在まだ製作段階ですが、製作が完了したら詳細をあらためて別記事で紹介する予定です。

最後に!

新たに製作を考えているESP32-S3ボードや、オートリセット機能が付いたUSB-シリアル変換ボードの製作など、現在考えているものの概要を書いてみました。

ESP32-S3の機能を活かしたベースとなる開発用ボードや、用途や機能を限定したコンパクトなミニボード、そしてESP系の書き込みで便利に使えるESPプログラマーと、それぞれ役割の異なる3つのボードを製作する予定です。

既に完成しているボードもありますが、まだ製作途中のものもあり、現在少しずつ動作確認や設計などを進めているところです。

それぞれのボードについては、回路構成や基板設計、実際の製作過程などについて、今後あらためて個別の記事として詳しく紹介していこうと思います。

開発ボードは安価で高機能な製品も数多く販売されており、実際のところそれらを使えば十分な場面も多くありますが、それでも自分の用途に合わせて回路構成やI/O配置を考えたり、また付加機能を付けたりサイズや機能を調整したボードが作れるのは、自作ならではの楽しさでもあります!

ESP32-S3はUSB機能やPSRAMなど魅力的な機能も多くいろんな用途で使えるマイコンなので、今回製作を考えているボードも今後の電子工作の検証や開発で活躍してくれるといいなぁー、なんて思いながら製作を進めています・・・

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。