任务介绍

本项目旨在设计并开发一款名为 ESP32Duino 的开发板。该板卡的核心特点是完全兼容经典的 Arduino Uno R3 的物理接口与引脚布局，同时以功能更强大的 ESP32-MINI-1 WiFi 模块作为主控制器。ESP32Duino 无缝桥接了易于上手的 Arduino 生态系统与强大的物联网能力，让开发者能够在不改变原有 Uno 项目硬件结构的情况下，轻松为其添加 Wi-Fi、蓝牙等无线连接功能，极大地简化了从传统单片机项目向物联网应用的升级路径。

模块介绍

根据任务要求本次我选用的是 ESP32-MINI-1-N4 WiFi模块设计了一款无线模块核心板，此板卡主要用于 2.4G WiFi 开发学习套件的主控，用于 2.4G WiFi 联网开发等场景，完全兼容 Arduino Uno R3 接口规范的开发板，以及电源供电管脚。可作为独立的无线开发板使用，也可用于 Arduino Uno 的扩展板，拓展 Arduino Uno R3 的连网功能使用。

性能升级

• 主控芯片：采用 ESP32-U4WDH 芯片。Xtensa 双核 32 位 LX6 微处理器，支持高达 240 MHz 的时钟频率。
• 资源扩展：内置448 KB ROM，520 KB SRAM，16 KB RTC SRAM，4 MB SPI flash，支持更高复杂度的程序和数据处理。
• 外设丰富：SD 卡、UART、SPI、SDIO、I2C、LED PWM、电机 PWM、I2S、IR、脉冲计数器、GPIO、电容式触摸传感器、ADC、DAC、以太网接口、TWAI®（兼容 ISO 11898-1，即 CAN 规范 2.0）。

高性价比

相比传统 Arduino（ATmega328P，16MHz），性能提升10倍以上，成本仅小幅增加。支持更复杂的实时控制、信号处理、联网和低功耗应用。

ESP32-MINI-1-N4 芯片 DigiKey 链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/espressif-systems/ESP32-MINI-1-N4/16334479

原理图和PCB模块介绍

原理图

PCB

PCB预览图

受 Microchip Curiosity Nano 系列开发板板启发，为了方便使用者扩展，开发板上排针和排母都采用了蛇形孔。可以在不需要焊接的情况下，只需要将排针插入，就可以通过排孔对排针的压力保持较好的电气连接，当使用完扩展板或面包板，只需要将排阵拔出，就可以单独使用核心板。同时，完全兼容 Arduino Uno R3 接口规范也方便使用 Arduino 的扩展板搭配使用。支持 Arduino 开发对于我这类从 Arduino 入坑的业余电子制作爱好者来说是十分友好的了。

为了表达和 Arduino 的不同之处，这里我给这块开发板命名为 ESP32Duino。经过精心设计的引脚排布，该开发板可作为独立的无线开发板使用，也可用于 Arduino Uno 的扩展板，拓展 Arduino Uno R3 的连网功能使用。可叠插在第一期的 STM32Duino-G431Rx 开发板上，为其拓展 2.4G WiFi 连接功能。

硬件设计亮点

1. 电源与时钟

• 输入电压：5 ~ 12V DC（兼容Arduino Uno电源标准）。
• 稳压电路：高效LDO稳压至3.3V，为ESP32及外设供电。
• 时钟源：40MHz晶振+内部PLL，支持高精度定时和通信。

2. 核心接口

• USB to UART：集成CH340C芯片，实现USB串口通信（兼容Arduino编程协议）。
• 数字I/O：14个通用GPIO（兼容Uno的5V TTL电平，支持复用功能如PWM、中断、IIC、SPI、USART等）。
• 模拟输入：6路12位ADC（兼容Uno的模拟引脚A0-A5）。

3. 增强功能

• 调试接口：板载串口烧录接口，以及自动下载烧录电路。可通过编程器自动下载程序，也可使用板载按键手动进入下载模式。
• LED与按键：板载ON/OFF状态指示灯、复位按钮、BOOT按键及一颗板载 5050 WS2812B 灯珠。
• 蛇形排针孔：可以在不需要焊接的情况下，只需要将排针插入，就可以通过排孔对排针的压力保持较好的电气连接。
• VIN引脚加强：原版的 Arduino Uno R3 的电源排母 VIN 是接到防反接二极管后面的，该引脚没有防反接功能。在本设计中，我将其接入到防反接二极管之前，使其具有防反接功能。

4. 尺寸与封装

• PCB尺寸：完全匹配 Arduino Uno R3（68.6mm × 53.3mm），支持现有扩展板和外壳。

5. 软件支持

开发环境

• ESP-IDF：开放ESP32标准库，支持复杂外设开发（如FreeRTOS、GUI、机器学习）。
• Arduino Core for ESP32： 完美支持Arduino官方ESP32库，可直接使用数千个Arduino库，并轻松访问WiFi、蓝牙、深度睡眠等ESP32特有功能。
• PlatformIO支持： 可作为PlatformIO的一个标准环境被识别和支持，享受更先进的代码管理和调试体验。
• 丰富的示例： 将提供丰富的示例代码，涵盖从基本的Blink到MQTT物联网通信、Web服务器、OTA升级等高级应用。

混合开发模式

• 支持Arduino简化编程（快速原型开发）与ESP32底层开发（高性能需求）的自由切换。
• 可用于 Arduino Uno 的扩展板，拓展 Arduino Uno R3 的连网功能使用。

模块主要性能指标和管脚定义

主要性能指标

管脚定义

板上设置及标识

eZ-PLM上新建物料和项目的截图

使用了 eZ-PLM 系统上传了自己的工程文件，方便保存记录各个版本，也可随时查阅，系统里查阅不到的物料也支持手动添加。

物料添加展示图

项目详情图

总结

ESP32Duino 开发板不仅仅是一个简单的 ESP32开发板，它是一个精心设计的生态桥梁。它保留了最受喜爱的简单性和庞大的扩展板生态，同时又赋予了项目面向未来的无线连接和强大的计算能力。无论是初学者、教育工作者还是专业工程师，ESP32Duino 都将成为其物联网创意实现的得力助手。