0 本日目标
① 功能需求分析——以“桌面电台闹钟”为例（结合后续内容做一个有一定实用价值的东西）
② 电路设计——立创EDA原理图设计（带着寻找数据手册，仿照画原理图）
1 功能需求分析
本次实训的目标是制作一个桌面电台闹钟，要求具备以下功能：
① 天气显示（联网获取）、本地温湿度
② 桌面时钟、闹钟（自动对时）
③ 网络收音机播放（功放电路）
⑥ 自带网页配网界面
分析应具备的功能如下：
对应应具备这些电路：
微处理器：ESP32S3-N8R16 （自带网络连接）
电源电路：输入5V→转换3.3V
电容触摸LCD屏幕
音频电路：DAC音频、功放电路
传感器电路：温湿度传感器
参考资料：立创实战派原理图
2 立创EDA简明教程
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3 原理图设计
3.1 电源管理电路设计
（1）锂电池充放电
桌面时钟基本使用模式为固定位置使用，因此需要长期插入电源使用。且为了供电方便，应使用兼容手机充电器的供电方式，也就是5V电源的输入。为保证在断电时时钟也能应急继续工作，因此需要具备锂电池充放电及供电路径管理功能，即：
① 当有外部供电（5v）输入时，采用外部供电提供系统能量，且为电池进行充电；
② 当无外部供电时，采用电池供电
③ 读取电池电压
电压模块采用ETA6002作为电源管理芯片。数据手册：
https://atta.szlcsc.com/upload/public/pdf/source/20230630/81805B40BAE880028FE7DF27FE70EB28.pdf
（2）电源信号检测
为实现感知供电状态：外部供电/内部供电、电池电压（估算电量），采用感知电路
（3）电源转换电路
ETA6002输出电压为3.6-4.5V，无法直接提供给ESP32，因此需要设计DC-DC降压电路，产生3.3V。
数据手册：https://atta.szlcsc.com/upload/public/pdf/source/20170329/1490752163260.pdf
其中3V3通道用于板载芯片供电，AU_3V3用于音频电路供电。
3.2 ESP32核心电路设计
ESP32S3一般使用模组封装，其最小系统（晶振、flash、PSRAM)基本已在模组内部集成。因此其外围电路相对简单，只需提供合适的电源和复位电路即可。
 | |
| ESP32模组内部结构 | ESP32成品模组 |
如图所示为ESP32S3模组的外围电路。
模组数据手册：
https://atta.szlcsc.com/upload/public/pdf/source/20220705/4E799F39581577F766659887F738A439.pdf
| IO | 分配用途 | IO | 分配用途 | IO | 分配用途 | IO | 分配用途 | IO | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | IO/触摸SDA | 11 | 21 | 31 | 41 | ||||
| 2 | IO/触摸SCL | 12 | 22 | 32 | 42 | ||||
| 3 | 空/外部供电 | 13 | 23 | 33 | 43 | ||||
| 4 | 空/电池电压 | 14 | 24 | 34 | 44 | ||||
| 5 | 空/DHT22 | 15 | 空 | 25 | 35 | 45 | |||
| 6 | 空 | 16 | 空 | 26 | 36 | 46 | 空 | ||
| 7 | 空 | 17 | 空 | 27 | 37 | ||||
| 8 | 空 | 18 | 空 | 28 | 38 | ||||
| 9 | 空 | 19 | 29 | 39 | |||||
| 10 | 20 | 30 | 40 |
3.2 IO扩展电路
ESP32模组的IO接口数量有限，因此对于一些使用频率较低的接口可以采用外部扩展的方式实现。如图为PCA9557PW IO扩展芯片的原理图。
该芯片通过IIC接口与ESP32连接，可提供8个独立IO。芯片数据手册如下：
https://atta.szlcsc.com/upload/public/pdf/source/20171113/C141380_15105613218811115809.pdf
3.3 TF卡电路（预留，本次实训不涉及）
ESP3232读取SD卡可以通过spi和sdmmc两种方式来读取。
3.4 电容触摸屏
液晶屏是 2.0 寸的 IPS 高清液晶屏，分辨率 240320。市场上最常见的 240320 的液晶屏，尺寸大小一般有 2.0 寸、2.4 寸、2.8 寸和 3.2 寸，同样的分辨率，尺寸越小，像素点越小，显示越清晰，所以以上 4 个型号中，2.0 寸的屏幕显示效果最好。
液晶屏驱动芯片 ST7789，采用 SPI 通信方式与 ESP32-S3 连接。
触摸屏驱动芯片是FT6336，采用IIC通信方式与ESP32-S3连接，所使用的IIC接口引脚与IO扩展芯片一致。
其中，LCD的显示亮度是由背光控制的，如图所示，背光BL_A引脚是由一个ESP32 的IO42管脚控制MOS管来驱动的。当IO42为高电平时，栅源电压为0，MOS管截止，背光西面；当IO42为低电平时，栅源电压为3.3V，MOS管导通，背光点亮（最亮）。
因此要能控制背光亮度，则应采用PWM波控制。
3.5 温湿度传感器
DHT11是一款有已校准数字信号输出的温湿度传感器。 其精度湿度±5%RH， 温度±2℃，量程湿度5~95%RH， 温度-20~+60℃。
接线方面DHT11传感器的1口VCC接3-5V的电压源，2口可以接到ESP32任意的输入口（本案例分配IO5），3口空置，4口接地。DHT11和DHT12使用了自己定义的单线传输协议。
数据手册：https://atta.szlcsc.com/upload/public/pdf/source/20170703/1499081238365.pdf
3.6 音频及功放电路
要实现音频输出功能分为两个步骤：
第一步是将数字音频信号转换为模拟信号，也就是DAC功能。然而这一步得到的音频信号能量太小，不足以驱动扬声器。
第二步是将微弱的模拟信号放大功率至能够驱动扬声器的水平。
ESP32S3芯片内集成了一个DAC，然而这个DAC只能将8位有效数据转换为一个电压信号，这很明显会导致输出的声音音质很差。因此一般使用外置的DAC解码芯片。
下图是音频功放输出电路，芯片型号为 NS4150B。PA_EN 引脚默认拉低，关闭喇叭输出。
