USB-Interface ESP32-C3 - Ausschnitt Kapitel 3.4.1

Ein Computer-Interface war lange Zeit ein Stück Hardware, welche über eine serielle Schnittstelle mit dem PC verbunden war und den Anwender in die Lage versetzte ohne Mikrocontroller-Kenntnisse Messungen und Steuerungen vorzunehmen. Lehrmittelfirmen, wie Leybold und modul-bus, vertrieben solche Interfaces als Cassy und CompuLab. Entsprechen-de Software war untere dem Namen CassyLab und Compact verfügbar. Die aktuelle Version von Compact nennt sich Edition Red Needle und ist für alle gängigen Desktop-Betriebssysteme frei erhältlich.

Prinzip Compact

Compact benutzt aktuelle Mikrocontroller als sogenanntes PC-Interface zum Messen und Steuern. Dabei besteht eine ständige Verbindung zwischen Gerät und PC. Die Verbindung erfolgt über USB-Kabel oder drahtlos über Bluetooth. Alle Aktionen gehen vom Computer und Compact aus. Das PC-Interface hat dabei die folgenden Eigenschaften, die vom jeweiligen Mikrocontroller emuliert werden.

Eine reale und praktische Umsetzung kann unterschiedlich ausfallen, je nach Preis und Bedarf, beginnend bei €4 für einen Pi Pico mit RP2040 ohne WiFi. Compact versucht durch bewusst begrenzt erscheinende Möglichkeiten die Konzentration auf das Wesentliche zu erhöhen. Als Beispiel sei die relativ niedrige 8 Bit Auflösung der Analog-Eingänge zu nennen, die dazu führt, dass Zahlen meist nur im Bereich von 0 bis 255 vorkommen, welche genau der Größe eines Bytes entsprechen, die Programmiersprache kennt somit auch nur einen Variablenspeicher für eine Ganzzahl.

Compact bietet zunächst eine Übersicht der Ein- und Ausgänge dieses Interfaces mit einigen angehängten Werkzeugen wie Zeitschreiber, XY-Schreiber, Logik-Schreiber und eine einfache Programmiermöglichkeit. Bei erkannter Hardware schaltet die Nadel automatisch um auf Rot.

USB-Verhalten ESP32-C3 und Web-Tool

Das Board verfügt über zwei Taster und einen USB-C-Anschluss, aber keinen USB-Serial-Baustein. Ein C3 erzeugt eine solche serielle Verbindung selber mit den eingebauten Möglichkeiten. Der RST-Taster startet den Baustein, wie zu erwarten, neu. Um in den Flash-modus per USB-Serial zu gelangen, muss, während der Taster BOOT gedrückt ist, kurz der RST-Taster betätig werden. Ein PC meldet dann akustisch ein USB-Serial-Gerät mit entsprechender COM-Schnittstelle. Nun ist ein ESP32-C3 bereit zum Upload neuer Software.

Nach dem Upload bzw. dem Flashvorgang muss einmal die RST-Taste betätigt werden, um die neue Software zu starten und den Upload-Modus zu verlassen. Falls die neue Software serielle Ausgaben tätigt, meldet ein PC nach dem akustischen Abmelden ein neues Anmelden einer seriellen Schnittstelle. Ansonsten entfällt die serielle Schnittstelle des ESP32-C3 über USB.

Upload im Browser

Inzwischen ist es möglich ESP-Bausteine per WEB-Interface (Alternative) zu flashen. Flashen ist ein Upload von fertig kompilierter Software für den ESP, ist also quasi vergleichbar mit der Installation einer ausführbaren Datei am PC.

Web-Interface des ESPTools erkennt auch einen ESP32-C3

Folgende Schritte führen zum Ziel:

• Webinterface oder Alternative aufrufen und darin Connect drücken

Bei Betätigung des Tasters RST bei gedrücktem Taster BOOT meldet der USB-Klang eine neue Schnittstelle (hier COM35)

• Mit Verbinden bzw. Connect erfolgen Ausgaben mit Bausteininformationen.
• Die Datei target.bin aus dem entpackten Zip der Firmware für den ESP32-C3 (150k) mittels Choose a file eintragen (Offset 0x0)
• Mit Program erfolgt der einmalige Upload der Firmware für Compact Red Needle

Optional kan zuvor der gesamte Flash-Speicher mit Erase gelöscht werden.

Nach erfolgreichem Upload muss einmalig der RST-Taster gedrückt werden. USB meldet ab und sofort wieder an, da die Firmware ja USB-Serial verwendet. Diese Schnittstelle erscheint nun in Compact Red Needle und steht zur Verbindung des neuen Interfaces bereit.

Compact reagiert auf ESP32-C3 Super Mini mit 2 analogen Eingängen, 8 digitalen Ausgängen und 3 digtitalen Eingängen. Die Belegung des ESP32-C3 als CompuLab-Interface kann dem folgenden Bild entnommen werden.

Die Blaue LED ist beim Super Mini GPIO 8 und Digital-Ausgang DA4 in Compact. Die Anschlüsse wurden im Sketch der Firmware festgelegt. Ein Klick auf die Analog-Anzeigen schaltet auf 3,3 Volt-Ansicht.

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#define AIN1 60
#define AIN2 58
#define DIN 211
#define DOUT 81
#define PWM 64
#define AOUT 64
//---- GPIO ----
#define PWMPIN 10
#define LED 8  //

// GPIO ESP32-C3 SUPER MINI 

//DIGITAL OUT PINS 0 - 7 CLAB
byte Dout[] = {21, 20, 10, 9, 8, 7, 6, 5};//BUTTON = 9
//DIGITAL IN  PINS 0 - 7 CLAB
byte Dins[]  = {0,1,2}; 
//ANALOG IN PINS A - B CLAB
byte Ains[]  = {A4,A3};
//BitValues
byte Bits[]  = {1,2,4,8,16,32,64,128};

void setup()
{ Serial.begin(9600); //Special CLAB
  for(int i= 0;i<2;i++)pinMode(Ains [i],INPUT);
  for(int i= 0;i<3;i++)pinMode(Dins [i],INPUT_PULLUP);
  for(int i= 0;i<8;i++)pinMode(Dout [i],OUTPUT);
}

void loop()
{ int i, val, inbyte; byte b;
  val = Serial.available(); //Was da?
  if (val>0)
  {inbyte=Serial.read(); //abholen
   delay(5);
   switch(inbyte)
  { case 13  : //CLAB ID nur ab Compact 1.75!
               Serial.write(3);delay(2);break; //ID
    case DIN : for(i=0,b=0;i<3;i++) //PINS to BYTE
                b+= (digitalRead(Dins[i])==HIGH?Bits[i]:0);
               Serial.write(b);break; 
    /*
    case AOUT: b=Serial.read(); //Ausgabebyte holen
               dacWrite(DAC1, b); //esp32 DAC 1  
               dacWrite(DAC2, b); //esp32 DAC 2  
               break;
  */
    case DOUT: b=Serial.read(); //Ausgabebyte holen
               for(i=0;i<8;i++)
                digitalWrite(Dout[i],b&Bits[i]?HIGH:LOW);
               break;
  /*
    case PWM:  b=Serial.read(); //Ausgabebyte holen
               analogWrite(PWMPIN,b);
               break;
  */  
    case AIN1: 
    case 48:   Serial.write(analogRead(Ains[0])>>4);break;
    case AIN2: 
    case 49:   Serial.write(analogRead(Ains[1])>>4);break;
    default:   break;
  }
 }
 delay(0);
}