macsbug ESP32 S3 v2.1
macsbug ESP32 S3 v2.1 ORG 2024.02.28
ESP32 S3 基板を製作し ガーバーデーターを公開しました。
費用は ７７０円。
16個の部品で組み立てやすく製作できます。
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初期開発の基板 masbug ESP32 S3 や Magnet type ESP32 S3 Board を参照ください。
部品とパターンを効率よく配置し S3の機能を引き出します。
macsbug ESP32 S3 v2.1 は USB-C Connector を使用しています。
ハンダ付けや接続が容易な Magnet Connector版も完成しています。
作例：
1. 1.3inch 240×240 SPI ST7789 Display + S3基板。
LovyanGFXでのSPI Frequencyは 80MHzで動作しています。
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2. 1.3inch 240×240 SPI ST7789 8bit Parallel Display + S3 基板。
8bit Paralle接続で高速表示します。
SD接続は SDFat 80MHz が可能です。(他の基板は 80MHz不可です)
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基板発注：基板作成の経験の無い人も基板を作れます。
1. 🔴 Gerber data：macsbug-ESP32-S3-V2_1_pcbe.zipを入手します。
DL後に「.pdf」を削除し 「macsbug-esp32-s3-v2_1_pcbe.zip」 にします。
2. JLCPCBと発注手順：
JLCPCBは 基板製造メーカです。Gerber dataをアップし設定と発注をします。
3. 支払いの為に VISA 又は Paypal を準備しておきます。
発注やGerber Viewerで見る場合は JLCPCBへサインインしておきます。
4. JLCPCBの「Add gerber file」へ Gerber data(.zip) を Drag and Dropします。
Upload後に 「Gerber Viewer」で下記画像を確認できます。
U2 LDOは ESP32 S3 3V3直下に配置。
USB-C D-, D+ は ESP32 S3 D-(GPIO_19), D+(GPIO_20) へ最短距離に配置。
GPIOは 滑らかな配線と最短距離に配置。 以上により安定した電源と信号が伝わります。
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5. 設定：
多くは 特に変更なしで進めます。
-1. PCB Qty：枚数を選択します。
-2. PCB Thickness： (基板の厚み) は「1.0」mm を選択します。
-3. Remove Order Number： (JLCPCBのオーダー番号記載) は「NO」を選択します。
価格：5枚で$3.54 (1枚 100円)。50枚で$12.94 (1枚 45円) 。
-4.送料方式を選択します。OCS NEPは最も安く輸送期間は OCS EXPと変わりません。
輸送は OCS ( ANA グループ ) を使用し正確で迅速です。
結果：50pcs, OCS NEP, Palpal 支払い で 合計 $14.40 2242円。1枚 45円です。
50枚あると製作できる範囲が広がります。
6. ステンシル：Stencil
ステンシルは ハンダペーストやリフロー装置が必要で費用と習熟が必要です。
Stencilで Order together PCBを選択します。
Customized Sizeは YESで Customized Size：x=290 mm, Y=190mm にします。
5枚で$10.54。50枚で$28.14。
結果：5枚で$17.54。50枚で$26.94。後は輸送方式を選択します。
部品点数は16個で少なくハンダゴテで製作できます。
USB-C Pinや部品は小さく(Resistor 1608) ハンダ付けの技量が必要です。
7. 支払い連絡：
輸送方法の選択 支払いが終了しますと Mailで支払いが実行された事と
Paypalならば PaypalからJLCPCBへの支払い連絡が来ます。
8. 拡張ボード：
拡張ボードで多彩なインターフェース製作が可能です。
🔴 Gerber data：s3_expander_pcbe.zipを入手します。
🔴 PCBE Sauce data：s3_expander_pcbe.zip
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開発環境：
PC：Windows 又は Mac + Windows環境
プリント基板エディタ (無料)：PCBE
PCB製造：JLCPCB。JLCPCBへのアサインと設定, 発注方法を準備してください。
PCBE ：PCB基板を容易に作る方法。
PCB設計のEAGLE等を使用しなくとも基板の設計は可能で容易です。
回路図を参照し PCBEで絵を描く様にパターンを作成します。
出力：ファイル / 基板製作見積 / 基板メーカー / データー作成 (ドリル=NC) ,
部品面 B面 / データー作成 でガーバーデーターを出力します(zip ファイル)。
zip ファイルを JLCPCBのAdd gerber fileにアップし Gerver Viewer で
基板の出来具合を見ることができます。
回路図：
1. ESD Protection に USBLC6-2SC6(U3) を採用。
2. LDO(U2)は XC6220B331MR-G 又は TV75733PDBVR 1000mA を採用。
TPS74033SF5 600mA (秋月)でも容量は足ります。
3. C3,C4 は 1μF ですが 0.1μF でも良いです。
4. S3(U1)は ESP32-WROOM-1 NR16R8 ( Flash 16MB, PSRAM 8MB) 。
5. RED LED(PWR:5V)とBLUE LED(GPIO 45)は カットできるPADを採用。
Battery使用時にPADをカットし 省電力が可能です。
6. RESET Buttonは廃止し Magnet式USBコネクターを使用し RESETさせます。
もしくは USB コネクターを抜き差しします。
7. BOOT Switch：初回書き込みか 必要な場合に使用します。
8. ESP32 S3の費用は 全体の69%。秋月電子通商は TELEC(技適)刻印がありAliexpressより安いです。
S3_abaracadabra_20240127：PDF版 回路図です。
部品レイアウト：16個の部品で構成されています。
注意：U3 TVS は向きがあります。ICのdot を 白いdot マークに合わせます。
逆に付けると ESP32 S3 Portを認識しません。
ハンダ付け：
USB-C Connector や チップ部品のハンダ付けは 難しさがあります。
ピン間狭い事と部品小さく大変ですが 各自の方法で頑張ってください。
リフロー装置を持っていいますがマニュアルでハンダ付けしました。
確認：
それぞれの場面で テスターを使用し導通とショートしていないかを確認します。
組み立て後の電源投入は USBバッテリーを使用し テスターで コネクター部の
3.3V と 5V を確認します。
USBバッテリーを使用する理由は ショートがあった場合 PCの損傷を防ぐ為です。
1. USB-C Connector のハンダ付け：
USB-C Connectorの端子間は狭く 端子の上からハンダ付けすると
端子間がハンダでショートする場合があります。
対策：事前に基板パターン側をハンダ付けしておくと綺麗にできます。
| USB-C Connector Pattern | 12箇所へのハンダ |
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| GND部をハンダ付けしで固定。 ピンの上からハンダゴテを当てます |
完成 |
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2. チップパーツのハンダ付け：
ソルダーペーストはフラックスで適度な柔からさにしておきます。
| ソルダーペーストを塗ります 最適なハンダの量ができます |
部品を乗せます |
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| PADにハンダゴテを当てます 部品に当てない事 ハンダゴテ２本でも良いです 1005サイズの C4,C5は難しいです |
逆作用ピンセットで固定の方法 |
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部品リスト：費用：764円 /1個 (廉価部品を含んだ価格：白枠の色)
購入先：主な部品は 秋月(秋月電子通商)。廉価版は Aliexpress。
注意：Aliexpressの商品は正しい部品とは限りませんので検証が必要です。
参考：Make an ESP32 S3 MiniKit(1070円)：ESP32 Minikit の ESPをS3化。
LDO：XC6220B331MR-G 又は TV75733PDBVR 1000mA を使用。
LDO：TPS74033SF5 600mA (秋月)でも容量は足ります。
| No. | Nomen Symbol |
Spec Quantity |
Size unit |
Purchase pcs, Price |
Price ￥/1 Set |
| 1 | macsbug S3 PCB |
macsbug⚓️ 1 pcs |
33 x 41 x 1 mm |
JLCPCB 50 pcs ,￥2381 paypal代含む 輸送期間=8day |
48 |
| 2 | Chip Resistor, R1 |
10KΩ 1/10W 1 pcs |
1608 | 秋月: 115029 5000 pcs , Y980 |
1 |
| 3 | Chip Resistor, R2,R3 |
2KΩ 1/10W 2 pcs |
1608 | 秋月: 116120 5000 pcs , ￥980 |
1 |
| 4 | MLCC, C1, C3 |
1μF/25V X7R 1 pcs |
1608 | 秋月: 114526 20 pcs , ￥100 |
10 |
| 5 | MLCC, C2 |
22μF/25V X5R 1 pcs |
2012 | 秋月: 108240 10 pcs , ￥120 |
12 |
| 6 | MLCC, C4, C6 |
10μF/35V X5R 2 pcs |
1608 | 秋月: 113161 10 pcs , ￥150 |
30 |
| 7 | MLCC, C3, C5 |
1μF/35V X5R 2 pcs |
1005 | 秋月: 113583 20 pcs , ￥120 |
12 |
| 7 | MLCC, C3, C5 |
0.1μF/35V X7R 2 pcs |
1005 | 秋月: 113377 25 pcs , ￥100 |
8 |
| 8 | Chip RED LED PWR  |
150 mcd 1 pcs |
2012 (0805) |
秋月: 106419 10 pcs , ￥150 |
15 |
| 8 | Chip RED LED PWR |
150 mcd 1 pcs |
2012 (0805) |
IBUW Electron Component Store 100 pcs , ￥212 輸送期間=10day |
2 |
| 9 | Chip BLUE LED GPIO_45 |
80 mcd 1 pcs |
2012 (0805) |
秋月: 106424 10 pcs , ￥180 |
18 |
| 9 | Chip BLUE LED GPIO_45 |
80 mcd 1 pcs |
2012 (0805) |
IBUW Electron Component Store 100 pcs , ￥213 輸送期間=10day |
2 |
| 10 | ESP32-S3-WROOM-1 U1  |
32bitLX7 FLASH 16MB PSRAM 8MB with TELEC 201-220052 1 pcs |
18 x 25.5 x 3.1 mm |
秋月:117256 1pcs , ￥530 |
530 |
| 10 | ESP32-S3-WROOM-1 U1  |
32bitLX7 FLASH 16MB PSRAM 8MB with TELEC 201-220052 1 pcs |
18 x 25.5 x 3.1 mm |
BOM LIST Store 30pcs , ￥16224 |
540 |
| 11 | TPS74033SF5,U2 |
3.3V LDO 600mA 1 pcs |
SOT-23-5L | 秋月: 117230 5 pcs , ￥200 |
40 |
| 11 | XC6220B331MR-G,U2 |
3.3V LDO 1000mA 1 pcs |
SOT-23-5 | TOREX Direct 10pcs,¥1650 mark=H63UM 輸送期間=6day |
165 |
| 11 | XC6220B331MR-G,U2 |
3.3V LDO 1000mA 1 pcs |
SOT-23-5 | Shenzhen Hong 20pcs,¥407 mark=H637S 輸送期間：13day |
21 |
| 11 | XC6220B331MR-G,U2 |
3.3V LDO 1000mA 1 pcs |
SOT-23-5 | Jin Tank Store 20pcs,¥407 mark=H637S 輸送期間：9day |
21 |
| 11 | TV75733PDBVR,U2 |
3.3V LDO 1000mA 1 pcs |
SOT-23-5 | RWTNF Electronic 10pcs,¥325 mark=1FKF 輸送期間：9day |
33 |
| 12 | USB Connector, CN1 |
USB-C Female 1 pcs |
8.94 x 7.35 x 2.56 mm |
秋月: 114356 |
110 |
| 12 | USB Connector, CN1 |
USB-C Female 1 pcs |
8.94 x 7.35 x 2.56 mm |
XPSD official 30 pcs , ￥582 輸送期間=8day |
15 |
| 13 | TACT Switch, SW1 |
16Vdc/50mA 1 pcs |
4.2 x 3.2 mm |
秋月:106185 5pcs , ￥100 |
20 |
| 14 | USBLC6-2SC6, U3 |
TVS Diode 1 pcs |
SOT-23-6 | DigiKey 5pcs , ￥710 |
142 |
| 14 | USBLC6-2SC6, U3 |
TVS Diode 1 pcs |
SOT-23-6 | Fantasy Elec 10pcs , ￥635 輸送期間=8day |
64 |
| TOTAL | ———- | ———- | ￥7510 | ￥764 | |
＊ 秋月電子通商の ESP32 S3 はロットが２つあり 技適番号がシールか刻印かどちらかです。
_ ネット注文では選択できません。秋葉原販売店では刻印式が置いてありました。
コネクター：用途に合わせた高さを使用します。(8.5mm, 6.54mm, 5.5mm)
| 8.5 mm Mounting height | |||||
| No. | Nomen Symbol |
Spec Quantity |
Size unit |
Purchase pcs |
Price ￥/ 1Set |
| 1 |
Pin Header, CN2, CN3
|
2.54mm pitch 2 pcs |
2×5 | 秋月:1136351pcs , ￥15 | 30 |
| 2 | Pin Header, CN4 |
2.54mm pitch 1 pcs |
2×10 | 秋月: 10078 1pcs , ￥50 |
50 |
| 3 |
Pin Socket, CN2, CN3
|
2.54mm pitch 2 pcs |
2×5 | 秋月: 100168 1pcs , ￥50 |
100 |
| 4 |
Pin Socket, CN4
|
2.54mm pitch 1 pcs |
2×10 | 秋月: 100083 1pcs , ￥50 |
50 |
| TOTAL | ———- | ———- | ———- | ￥230 | |
| 6.54 mm Mounting height | |||||
| No. | Nomen Symbol |
Spec Quantity |
Size unit |
Purchase pcs |
Price ￥ /1Set |
| 2 | Pin Header CN2,CN3,CN4  |
2.54mm pitch 1 pcs |
2 x 15 | 秋月: 110728 1pcs , ￥30 |
30 |
| Connector : Mounting height = 5.7 mm | |||||
| 3 | Pin Socket, CN2, CN3 |
2.54mm pitch 2 pcs |
2 x 5 | 秋月: 102903 1 pcs , ￥40 |
80 |
| 4 | Pin Socket, CN4 |
2.54mm pitch 1 pcs |
2 x 10 | 秋月: 102904 1pcs , ￥40 |
40 |
| TOTAL | ———- | ———- | ———- | ￥150 | |
| 5.5 mm Mounting height | |||||
| No. | Nomen Symbol |
Spec Quantity |
Size unit |
Purchase pcs |
Price ￥/1Set |
| 1 | Pin Header CN2, CN3,CN4  |
2.54mm pitch 1 pcs |
2 x 40 | 秋月: 102901 1pcs , ￥40 |
40 |
| Connector : Mounting height = 3.6mm | |||||
| 2 | Pin Socket CN2, CN3,CN4  |
2.54mm pitch 2 pcs |
2 x 13 | 秋月: 103139 1 pcs , ￥80 |
160 |
| TOTAL | ———- | ———- | ———- | ￥200 | |
USB HID：ESP32 S3は USB HID機能があり KeyBoardやMouse動作が可能になります。
LCD Touch Panel の画面に文字等のメニューやボタンを表示し
タッチ操作で PCへ多彩な情報を送る事ができます。
Arduino IDE：設定
Tools / Board; “ESP32S3 Dev Module”, USB CDC On Boot: “Enable” にします。
”Enable” により ESP32 S3 USB(GPIO 19,20)から通信が可能になります。
USB Keyboard：
ESP32 S3 USBから “Hello world” が PC上のKeyBoard入力に表示されます。
#include <USB.h>
#include <USBHIDKeyboard.h>
USBHIDKeyboard Keyboard;
void setup() {
Keyboard.begin();
USB.begin();
}
void loop() {
Keyboard.println("Hello world");
delay(1000);
}
USB Mouse：
スィッチ等の入力を ESP32 S3 USBから PC上のMouse動作に反映されます。
#include "USB.h"
#include "USBHIDMouse.h"
USBHIDMouse Mouse;
const int mouseButton = 4; // ボタン
void setup() {
pinMode(mouseButton, INPUT_PULLUP);
Mouse.begin();
USB.begin();
}
void loop() {
int clickState = digitalRead(mouseButton);
// ボタンが押されていたらクリック
if (clickState == LOW) {
if (!Mouse.isPressed(MOUSE_LEFT)) {Mouse.press(MOUSE_LEFT); }
}
// クリックを離す
if (Mouse.isPressed(MOUSE_LEFT)) {Mouse.release(MOUSE_LEFT);}
delay(350);
}
感想：
macsbug ESP32 S3 基板作成から実用し 改善が必要になりました。
改修基板 V2.1 を製作し完成しました。
改善点は RESET Switchを廃止し BOOT Switch(GPIO_0)に換えました。
理由１：BOOT SWは 初回書き込みか 必要な場合に使用します。
理由２：RESETは Magnet TypeのUSB Connectorでできます。
基板にTELECの番号を記載しました。
基板は 出会う機会があれば プレゼント致します。
JCLPCBは部品アッセンブルも出来る様ですが、まだ、熟知していません。
50枚作成し いつでも何にでも使用できて便利にしています。
市販の ESP32 Board は購入する必要がなくなりました。
ESP32 minikit , T7-S3 , ESP32-S3-WROOM-1 , TPS74033SF5 , USBLC6-2SC6 , HID
XC6220B331MR-G ,
macsbug 
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