任务介绍（任务2）

ESP32 WiFi最小系统板

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

模块介绍

本项目基于ESP32-S3-WROOM-1-N8模组设计了一套Wi-Fi最小系统板，集成了板载天线、USB 转串口、Type-C 供电与通信、自动下载电路、电源管理等常见模块与功能。主要模块说明和DigiKey链接如下：

1. ESP32主控模块
   采用ESP32-S3-WROOM-1-N8模组，集成高性能双核LX7处理器、2.4GHz Wi-Fi及蓝牙功能、板载天线，支持丰富的外设接口。该模块作为系统核心，负责主程序运行、无线通信、外设控制等任务。通过两组 16Pin 排针引出大部分 IO，便于用户扩展传感器、执行器等外部设备，适用于物联网、智能家居、无线数据采集等应用场景。
   ESP32-S3支持Arduino、ESP-IDF等工具进行开发。
   https://www.digikey.cn/zh/products/detail/espressif-systems/ESP32-S3-WROOM-1-N4/16162639
2. TPS561243DRLR 供电管理模块
   采用 TPS561243DRLR高效率降压型DC-DC电源芯片，将USB Type-C接口输入的5V电压稳定转换为3.3V，供ESP32及全板电路使用。该模块输入电压范围4.2~17V、输出电压0.6~7V可调、转换效率超过90%、连续输出电流最高1A。芯片外围配有输入/输出滤波电容和电感，确保主控及外设供电稳定可靠。
   https://www.digikey.cn/zh/products/detail/texas-instruments/TPS561243DRLR/24708477
3. CP2102N USB转串口通信模块
   集成CP2102N-A02-GQFN24R USB转UART芯片，实现电脑与ESP32之间的串口通信。该模块支持 USB Type-C 接口，自动识别并转换 USB 信号为 UART 信号，便于固件下载、调试和数据交互。配合自动下载电路、EN、BOOT按钮，可实现自动下载功能，适用于嵌入式开发板、调试工具等场合。
   https://www.digikey.cn/zh/products/detail/silicon-labs/CP2102N-A02-GQFN24R/9863479

原理图和PCB模块介绍

原理图

PCB

3D效果图

本项目的原理图和PCB设计充分考虑了功能集成、信号完整性和易用性，适合物联网、嵌入式开发等多种应用场景。整体PCB布局紧凑，尺寸适中，便于集成到各类终端设备。各主要模块在原理图和PCB上的设计特点如下：

1. 电源管理与分配模块
   原理图中，5V电压输入至 TPS561243DRLR DC-DC 降压芯片。外围配置多颗4.7uF、10uF、100nF电容和3.3uH电感，确保输入输出电源滤波和稳定。DC-DC输出 3.3V 电压，直接为ESP32主控及全板供电。5V同时引出至扩展接口，便于外部模块取电。PCB上，电源模块靠近 Type-C 口和主控芯片，滤波电容紧贴芯片布置，保证供电品质。
2. 主控与扩展接口模块
   ESP32-S3-WROOM-1-N8模组的大部分IO通过两组16Pin标准2.54mm排针，方便外部扩展和调试。原理图中，关键引脚如 EN、BOOT 配有上拉电阻和保护元件，保证其工作可靠。
3. USB转串口通信模块
   CP2102N USB转UART芯片与一个USB Type-C接口直接相连，负责 PC 与 ESP32 的串口通信。原理图中，D+/D-数据线配有 TVS管保护，CC线通过5.1K电阻接地，确保USB识别和保护。UART 信号与ESP32串口直连，并配有自动下载电路。PCB上，CP2102N 靠近 USB 口布置，数据线走线短且对称，保证高速信号完整性。
4. 自动下载与复位控制模块
   原理图中，CP2102N 的 DTR/RTS 信号通过 S8050 三极管和相关电阻，控制 ESP32 的 EN 和 BOOT 引脚，实现自动下载和复位。手动按键（BOOT、RESET）靠近板边与下载电路相连，便于设置主控工作模式。

模块主要性能指标和管脚定义

主要性能指标

* 兼容ESP32-S3-WROOM-1、ESP32-S3-WROOM-1U系列模组，Flash、PSRAM大小、板载天线可选。

接口与按键定义

• ESP32S3-USB：直连主控的USB接口（用于Arduino/ESP-IDF程序下载、USB通信）。
• CP2102-USB：串口通信USB接口（用于Arduino/ESP-IDF程序下载、电脑和最小系统板串口通信及）。
• 两组16Pin排针引出ESP32-S3大部分引脚及5V、3.3V、GND等电源引脚，具体定义请参照原理图。
• RESET按键：连接ESP32-S3的EN引脚（用于主控复位）
• BOOT按键：连接ESP32-S3的BOOT引脚（用于设置烧录模式）

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。

心得体会

通过本次项目的设计与实现，我对高性能无线主控（ESP32-S3）、高效DC-DC电源管理以及USB转串口通信等模块的集成应用有了更深入的理解。元器件选型过程中，结合实际应用需求，合理选择了高效率电源芯片、可靠的USB转串口方案，并针对高速信号和电源线进行了充分的滤波与保护设计。

附页

CP2102N的外围电路（使用外部3.3V电源供电）

参考资料：https://www.silabs.com/documents/public/data-sheets/cp2102n-datasheet.pdf ， https://www.silabs.com/documents/public/data-sheets/CP2102-9.pdf

TPS561243的外围电路（输出3.3V）

参考资料：https://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps561243.pdf