内容介绍

1.所选任务介绍

要求设计一个支持USB-C接口的单节锂电池充电模块：

设计一款基于ESP32（芯片、模组两者均可使用）的WiFi最小系统PCB；
包含：USB转串口、复位/烧录电路和板载天线；
支持Arduino/ESP-IDF开发；
主要器件：需在DigiKey官网上有货且正常售卖。

2.设计的模块介绍（包含主要芯片的选择、功能和应用等，并附上主要芯片在DigiKey官网的链接）

本设计为一款基于ESP32-C3-WROOM-02无线通信模块的多功能开发板，集成了USB转串口、3.3V电源管理、用户按键、LED指示等常用功能，适用于物联网、智能家居、无线传感等应用场景。

1. 主控芯片：ESP32-C3-WROOM-02-N4

功能：集成Wi-Fi和低功耗蓝牙（BLE），内置RISC-V 32位单核处理器，支持丰富的GPIO、UART、SPI、I2C等外设接口。

应用：适用于无线数据采集、远程控制、智能家居、工业自动化等物联网场景。

优势：低功耗、高集成度、丰富的开发资源，支持多种开发环境（如ESP-IDF、Arduino）。

DigiKey官网的链接：ESP32-C3-WROOM-02-N4 Espressif Systems | 射频和无线 | DigiKey

2. USB转串口芯片：CP2102N-Axx-xQFN28

功能：实现USB与UART串口的转换，便于PC与ESP32-C3之间的数据通信和固件下载。

应用：开发调试、固件烧录、串口通信。

优势：兼容性好，驱动完善，支持多平台。

DigiKey官网的链接：CP2102N-A02-GQFN28 Silicon Labs | 集成电路（IC） | DigiKey

3.原理图和PCB模块设计介绍（记得截图原理图和PCB上传）

如图1所示，本电路以 ESP32-C3-WROOM-02 模块为核心，设计为一款集成 USB 转串口功能的通用开发板，适用于物联网、无线通信等应用的原型开发。设计思路围绕“易用性、稳定性和扩展性”展开。首先，采用 USB-C 接口作为主要供电和通信通道，利用 CP2102N 芯片实现 USB 与 ESP32-C3 的串口桥接，方便用户通过 PC 进行程序下载和调试。电源部分通过 MIC5504 LDO 稳压芯片将 USB 5V 降压为 3.3V，保障主控和外设的稳定供电，并在关键节点布置多颗去耦电容以抑制电源噪声。自动下载电路利用 CP2102N 的 GPIO 控制三极管，自动切换 ESP32-C3 的 EN（复位）和 GPIO0（下载模式）引脚状态，实现一键下载功能，极大提升开发效率。板载按键和 LED 指示灯为用户提供基本的交互和状态反馈，RGB LED（SK6812）可用于丰富的视觉指示。所有常用 IO 通过排针引出，便于外部扩展和二次开发。USB-C 端口的 CC1、CC2 通过 5.1k 下拉电阻确保兼容性，防反接二极管提升安全性。

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图1 最小板原理图

最小板PCB图如图2所示，注意USB数据线（D+/D-）走线短且对称，靠近地平面，减少信号干扰。电源去耦电容（0.1uF、10uF）分布合理，抑制高频噪声，保障主控和通信芯片稳定工作。预留丰富的GPIO接口，双排排针设计，方便连接外部模块。板载SK6812 RGB LED和独立指示灯，便于状态显示和调试。按键采用贴片轻触开关，便于操作。

图2 最小板PCB图

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图3 3D效果图

4.模块主要性能指标和管脚定义

表1 主要性能指标和排针管脚定义

关键组件	描述
ESP32-C3-WROOM-02 或 ESP32-C3-WROOM-02U	ESP32-C3-WROOM-02 和 ESP32-C3-WROOM-02U 是功能强大的通用乐鑫模块，提供 Wi-Fi 和蓝牙低功耗共存。ESP32-C3-WROOM-02 有一个 PCB 天线，而 ESP32-C3-WROOM-02U 有一个外部天线连接器。它们都集成了一个 4 MB SPI 闪存。
5 V 至 3.3 V LDO	将 5 V 电源转换为 3.3 V 输出的电源稳压器。
5 V 上电 LED	当 USB 电源连接到电路板时打开。
排针	所有可用的GPIO引脚（用于闪存的SPI总线除外）都分断到电路板上的排针。定义参见原理图。
启动按钮	下载按钮。按住 Boot 然后按 Reset（重置）将启动固件下载模式，用于通过串行端口下载固件。
微型 USB 端口	USB接口。电路板的电源以及计算机和 ESP32-C3 芯片之间的通信接口。
重置按钮	按此按钮重新启动系统。
USB 转 UART 桥接器	单个 USB 转 UART 桥接芯片提供高达 3 Mbps 的传输速率。
RGB LED	可寻址 RGB LED，由 GPIO8 驱动。

5.eZ-PLM上新建物料和项目的截图+介绍

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图4 eZ-PLM上新建本项目

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图5 eZ-PLM上新建项目所用的主要物料

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图6 利用eZ-PLM生成网页版BOM

6.心得体会（包括意见或建议）

本次项目采用ESP32-C3-WROOM-02-N4作为主控，结合CP2102N实现USB转串口通信，配合丰富的外围接口和电源管理模块，设计最小板。通过梳理电路连接和元件选型，我对嵌入式硬件系统的架构有了更深入的理解，锻炼了我对电路系统性思考和细节把控的能力，也让我更加重视规范化设计和可维护性。未来在类似项目中，将继续优化电源、信号完整性和模块化设计思路。