ESP32 DevKit: распиновка и опасные пины

Второй проект на ESP32 встал у меня молча и наглухо. Собирал ночью комнатный термометр: датчик повесил на GPIO 12 — так было удобнее по разводке макетки, подал питание — и плата ушла в бесконечную перезагрузку ещё до первой строки моего скетча. Привычное с Uno «любой свободный пин почти годится» здесь не работало: снимаю провод с 12-го — грузится, возвращаю — циклический ребут с мусором в мониторе. Час я менял блок питания, второй — перешивал прошивку, пока не набрал в поиске слово strapping.

В этом уроке рисуем карту DevKit так, как я нарисовал её себе той ночью: где питание, за что отвечают две кнопки, какие пины чип читает при каждом сбросе и какие вообще не умеют быть выходами. После неё датчик встанет на первый раз без единого ребута. Карту стоит сохранить: она пригождается при каждом новом датчике, а не только сегодня вечером.

Разбираем DevKit V1 на 38 пинов — самый ходовой вариант. По длинным сторонам гребёнки сидят: VIN (принимает 5 В от внешнего блока), 3V3 (отдаёт 3.3 В датчикам; с этого пина можно снять не больше пары сотен миллиампер — тяжёлую периферию питайте от VIN), GND, EN — сброс платы, и ряды GPIO. Кнопок на плате две: EN перезапускает чип, BOOT прижимает GPIO 0 к земле — пригодится при прошивке. USB-мост почти всегда CP2102, на клонах бывает CH340: если плата не появляется в списке портов, дело обычно в драйвере моста — за этим мы ходили в отдельный урок, а сам порядок подключения платы я показывал в материале про первый запуск. Надписи на шёлке платы читаются как подсказка: VP и VN — это 36-й и 39-й пины, G с цифрой — обычный GPIO, а 3V3 и VIN кормят схему.

Встроенный светодиод подключен к GPIO 2 и зажигается высоким уровнем. Пины 6–11 на гребёнке вы не найдёте: они заведены на внутреннюю flash-память, любое попадание на них роняет и прошивку, и загрузчик; на 30-пиновых платах их нет вовсе — это нормально. Если в каталоге встретите плату с надписями SD_* на этих позициях, это та же внутренняя flash, выведенная для отладки: новичку туда нечего ставить. И общий фон всей карты: логика строго 3.3 В, никакой толерантности к 5 В, в отличие от Uno.

Страппинг — механизм, из-за которого плата ведёт себя по-разному ещё до скетча. При каждом сбросе внутренний загрузчик замеряет уровень на нескольких ножках. GPIO 0 решает, откуда стартовать: HIGH — грузить прошивку из flash, LOW — ждать прошивку по UART. На этой паре держится вся заливка скетча: среда сама дёргает нужные линии через USB-мост, поэтому кнопка BOOT в обычной жизни не нужна. Кстати, те же линии среда дёргает при заливке — ещё один довод держать периферию подальше от страппинга: датчик на 12-м пине мешает не только запуску, но и прошивке.

GPIO 12 хитрее: по уровню на нём чип выбирает напряжение питания flash-памяти. Единица на MTDI в момент сброса говорит чипу — flash работает на 1.8 В. На DevKit стоит обычная 3.3-вольтовая микросхема flash, чип пытается говорить с ней на пониженном напряжении, читает мусор и циклится до первой строки скетча. Мой датчик с подтяжкой данных к 3.3 В как раз держал линию в единице. Диагноз ставится за минуту, если о механизме знать: снимаешь провод — грузится.

GPIO 15 мягче: LOW при сбросе лишь прячет отладочный лог, на работу прошивки не влияет. Но когда вы ищете, почему плата молчит при старте, вспомните, не сидит ли что-то и на 15-м тоже. Сам я 15-й использую спокойно, но в отладочных сборках держу его свободным.

Рабочий набор, на котором я собираю первые схемы: 16 и 17 — чистые выходы без страппинга (они же второй аппаратный UART), 21 и 22 — I2C-шина для экранов и датчиков, 18, 19 и 23 — SPI, 25 и 26 — вдобавок цифро-аналоговые выходы, 27, 32 и 33 — универсалы. Любой из них умеет и цифру, и ШИМ: генератор LEDC в ESP32 не привязан к паре пинов, как на Uno, а разводится почти на любой GPIO. Отдельный бонус — пара 16 и 17: на Uno второй UART приходилось эмулировать библиотекой SoftwareSerial с её ограничениями по скорости, а здесь он аппаратный и работает без компромиссов.

Входы 34, 35, 36 и 39 — отдельная каста. Они только слушают: выхода из них не сделать, внутренней подтяжки нет. Кнопка на 34-м без внешнего резистора 10 кОм даст болтающийся вход и случайные срабатывания — та же физика, что в уроке про digitalRead, только там вы спасались режимом INPUT_PULLUP со встроенным резистором, а здесь встроенного нет. Номинал подбирается по цветовым полоскам — мы это делали в уроке про код резисторов. Зато эти пины живут на контроллере ADC1 и работают при включённом WiFi: аналоговый датчик вешаем именно сюда.

Про шум на аналоговых входах: провод к датчику длиннее полуметра — уже повод поставить конденсатор 100 нФ у входа платы. 12-битный ADC и так пляшет на плюс-минус 30–50 единиц, а длинный провод добавит ещё и наводки от того же WiFi. Для точных замеров усредняйте десяток чтений подряд — кашу из единичных сэмплов ни один график не выпрямит.

Заметьте, как мало в этом скетче специфического: тот же pinMode и digitalWrite, что и в первой мигалке на Uno. Специфика ESP32 не в коде, а в выборе пина до кода — за это и отвечает карта выше. Дальше два пути: подключить кнопку по-честному, с подтяжкой, или заняться шиной I2C — два провода SDA и SCL как раз сидят на пинах 21 и 22 из безопасного набора — экран SSD1306 или датчик BME280 встанут туда же, и ни один страппинг-пин не пострадает. А в следующем уроке зальём первый скетч на настоящую плату и помигаем светодиодом по-взрослому — с кнопкой BOOT, если среда закапризничает.