Mikrocontroller ESP32

Mit dem ESP32 setzen Maker anspruchsvolle IoT-Projekte um. Ein leistungsstarkes SoC und zahlreiche Schnittstellen zur Kommunikation machen ihn zur idealen Basis für alle Ihre Ideen in der IoT-Programmierung, bei der Hausautomation oder einfach beim Elektronikbasteln. Dieser Leitfaden begleitet Sie bei Ihren Projekten und zeigt Ihnen die Arbeit mit Entwicklungsumgebungen, Sensoren, Schnittstellen und allem, was dazu gehört. So gelingt Ihnen der umfassende Einstieg in die Mikrocontrollerprogrammierung.Neu in dieser Auflage: JTAG-Debugging und weitere Tricks zur Fehlersuche sowie ULP-Programmierung und das Arbeiten mit Tasks und dem Deep-Sleep-Modus.

Einleitung ... 13 1. Der Mikrocontroller ESP32 und seine Funktionalitäten ... 19 1.1 ... Die ESP32-SoCs ... 19 1.2 ... Die Module ... 22 1.3 ... Die Boards ... 26 1.4 ... Das ESP32-Dev-KitC V4 ... 27 1.5 ... Das ESP32-Dev-KitC V4 -- Erstinbetriebnahme am PC ... 37 2. Die Stromversorgung ... 41 2.1 ... Betriebszustände und typische Stromverbräuche ... 41 2.2 ... Anschlüsse zur Stromversorgung ... 43 2.3 ... Grundschema der Stromversorgung ... 44 2.4 ... Spannungsquellen ... 45 2.5 ... Spannungsregler ... 47 3. Ihre Werkstatt ... 53 3.1 ... Breadboard & Co. ... 53 3.2 ... Hilfreiche Werkzeuge ... 57 3.3 ... Fritzing ... 60 3.4 ... Löttechnik ... 73 4. Entwicklungsumgebungen ... 83 4.1 ... Der Weg von lesbaren Anweisungen zum Maschinencode ... 83 4.2 ... Das Betriebssystem der Entwicklungsumgebung ... 86 4.3 ... esptool.py ... 87 4.4 ... Entwicklungsumgebungen in der Übersicht ... 95 4.5 ... Partitionstabelle festlegen ... 157 4.6 ... Fazit ... 159 5. Programmierung mit C und C++ ... 161 5.1 ... Programmdesign für den Mikrocontroller ... 161 5.2 ... Syntax und Semantik in der Programmiersprache ... 165 5.3 ... Zeichen, Kommentare und Begrifflichkeiten ... 166 5.4 ... Daten und Datentypen ... 169 5.5 ... Variablen ... 173 5.6 ... Ausdrücke und Operatoren ... 177 5.7 ... Zeiger (Pointer) ... 186 5.8 ... Arrays und Strukturen ... 190 5.9 ... Kontrollstrukturen ... 194 5.10 ... Funktionen ... 203 5.11 ... Funktionen nutzen: Ihr Werkzeugkasten ... 217 5.12 ... Klassen und objektorientierte Programmierung ... 223 5.13 ... Die String()-Klasse ... 231 5.14 ... Serielle Aus- und Eingabe ... 239 5.15 ... Exkurs: Tasks und Threads ... 245 5.16 ... Präprozessordirektiven ... 248 5.17 ... Prinzipien des Softwareentwurfs ... 251 5.18 ... Fehlermanagement ... 251 5.19 ... JSON -- das Datenformat für den Datenaustauch ... 271 6. Peripherie und Funktionen des ESP32 ... 275 6.1 ... Der interne Hall-Sensor ... 275 6.2 ... Digitale Aus-/Eingänge ... 276 6.3 ... Analoge Aus-/Eingänge ... 284 6.4 ... Das ESP32-Touch-Sensor-System ... 296 6.5 ... DHT11/DHT22 ... 302 6.6 ... 433-MHz-Steuerung ... 306 6.7 ... LED-Control und Pulsweitenmodulation ... 311 6.8 ... Impulszähler ... 318 6.9 ... Universal-Timer, Watchdog-Timer ... 321 6.10 ... Energie-(Spar-)Modi ... 326 6.11 ... ULP-Programmierung ... 334 6.12 ... Daten auf dem ESP32 speichern ... 364 6.13 ... FreeRTOS-Taskfunktionen ... 367 6.14 ... Thread-Funktionalität nutzen ... 370 7. Externe Schnittstellen ... 375 7.1 ... SPI ... 375 7.2 ... I²C ... 394 7.3 ... Bluetooth ... 398 7.4 ... WLAN/Wi-Fi ... 415 7.5 ... UART ... 437 7.6 ... OTA ... 442 8. Externe Kommunikations- und Steuerungsmöglichkeiten ... 447 8.1 ... Das JSON-Datenaustauschformat in der Praxis ... 448 8.2 ... Apps ... 453 8.3 ... Messenger ... 476 8.4 ... Das MQTT-Protokoll ... 495 8.5 ... Cloud-IoT-Plattformen ... 503 8.6 ... Lokale Anwendungen nutzen ... 530 9. Projektideen ... 557 9.1 ... The Evil Dice ... 557 9.2 ... Die Maker-Uhr ... 563 9.3 ... Das Dateisystem einmal anders ... 582 9.4 ... Solar-Repeater ... 592 9.5 ... Als die Bilder laufen lernten ... 596 9.6 ... IoT-Barometer ... 609 9.7 ... Eine kleine Schaltzentrale ... 626 A. Anhang ... 645 A.1 ... Sensoren ... 645 A.2 ... Fritzing-Parts ... 646 A.3 ... Verwendete Software und Softwareversionen ... 647 A.4 ... RTC-MUX-Pin-Liste ... 648 Index ... 651