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. Aus dem Inhalt: Chips und Boards Stromversorgung Werkstatt: Löten, Verkabeln, Fritzing Programmiergrundlagen in C und C Entwicklungsumgebungen: Arduino und ESP-IDF Analog- und Digitalausgänge, LEDs, Impulszähler und mehr Sensoren SPI, I²C, UART Drahtlose Kommunikation mit Bluetooth, OTA und Wifi JTAG-Debugging und weitere Tricks bei der Fehlersuche ULP-Programmierung: Tasks und Deep Sleep Projektideen für Maker: Evil Dice, Binär-Uhr, Solar-WLAN-Repeater Die Fachpresse zur Vorauflage: Make: Magazin: »Das Prädikat umfassend beschreibt den Inhalt des Buches sehr gut, denn es werden ziemlich alle Aspekte rund um den populären ESP32 detailliert behandelt, mit denen man in Berührung kommen könnte und darüber hinaus.«

Stromversorgung, Sensoren, SPI- und I2C-Schnittstellen

Autorentext
Udo Brandes ist selbständiger Programmierer, IT-Entwickler und Autor. Die Möglichkeiten der Mikrocontrollerprogrammierung sind Zukunftsthemen, die ihn faszinieren und mit deren Chancen und Risiken er sich seit langem intensiv befasst. Zuvor war er Systementwickler beim Rechenzentrum der Finanzverwaltung des Landes Nordrhein-Westfalen und hat in unterschiedlichen Aufgaben für die Stadt Wuppertal gearbeitet.

Inhalt

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