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硬件连接图

本文引用的文件 - README_Gateway.md - include/config.h - old_version/include/config.h - old_version/docs/CH390H_Wiring.md - include/eth_manager.h - include/wifi_manager.h - include/hci_transport.h - managed_components/espressif__ch390/include/esp_eth_mac_ch390.h - managed_components/espressif__ch390/include/esp_eth_phy_ch390.h - old_version/components/ch390/include/esp_eth_mac_ch390.h - old_version/components/ch390/include/esp_eth_phy_ch390.h - old_version/main/main.c

目录

  1. 简介
  2. 项目结构
  3. 核心组件
  4. 架构总览
  5. 详细组件分析
  6. 依赖分析
  7. 性能考虑
  8. 故障排查指南
  9. 结论
  10. 附录

简介

本文件面向ESP32-S3 BLE网关的硬件连接设计，提供完整且可落地的电气连接方案：ESP32-S3主控制器与nRF52833 BLE协处理器（UART/HCI）以及CH390D以太网控制器（SPI）之间的引脚分配、信号命名、电压等级、电源与地线分配、信号完整性保护、连接器规格、线缆长度与阻抗匹配建议，以及实际测试连接示例与连接顺序指导。内容严格依据仓库中的配置头文件与说明文档整理，确保与软件层引脚定义一致。

项目结构

  • 硬件层面由ESP32-S3主控、nRF52833 BLE协处理器、CH390D以太网控制器组成。
  • 软件层面通过配置头文件集中定义各外设的引脚映射与参数，确保硬件连接与软件初始化一致。
  • 以太网部分使用SPI接口，nRF52833通过UART进行HCI通信；两者均通过独立的GPIO引脚连接至ESP32-S3。
graph TB
subgraph "硬件"
ESP["ESP32-S3"]
NRF["nRF52833"]
ETH["CH390D"]
end
subgraph "软件配置"
CFG["引脚配置头文件<br/>include/config.h"]
ETHM["以太网管理接口<br/>include/eth_manager.h"]
WIFIM["WiFi管理接口<br/>include/wifi_manager.h"]
HCIT["HCI传输接口<br/>include/hci_transport.h"]
end
ESP --> NRF
ESP --> ETH
CFG --> ESP
CFG --> ETH
CFG --> NRF
ESP --> ETHM
ESP --> WIFIM
ESP --> HCIT

图表来源 - README_Gateway.md - include/config.h - include/eth_manager.h - include/wifi_manager.h - include/hci_transport.h

章节来源 - README_Gateway.md - include/config.h

核心组件

  • ESP32-S3主控制器：双核240MHz，负责系统调度、网络管理、BLE数据转发、WebUI与MQTT服务。
  • nRF52833 BLE协处理器：运行Zephyr HCI固件，通过UART与ESP32-S3通信，实现BLE扫描与连接。
  • CH390D以太网控制器：SPI接口PHY+MAC，提供10/100M以太网连接能力。

章节来源 - README_Gateway.md - include/config.h

架构总览

下图展示了硬件与软件层的交互关系，以及关键外设的连接方向。

graph TB
subgraph "硬件"
ESP["ESP32-S3"]
NRF["nRF52833"]
ETH["CH390D"]
end
subgraph "软件"
MAIN["主程序<br/>old_version/main/main.c"]
HCIT["HCI传输层<br/>include/hci_transport.h"]
ETHM["以太网管理<br/>include/eth_manager.h"]
WIFIM["WiFi管理<br/>include/wifi_manager.h"]
end
ESP --> NRF
ESP --> ETH
MAIN --> HCIT
MAIN --> ETHM
MAIN --> WIFIM
HCIT --> NRF
ETHM --> ETH

图表来源 - README_Gateway.md - old_version/main/main.c - include/hci_transport.h - include/eth_manager.h - include/wifi_manager.h

详细组件分析

以太网控制器（CH390D）连接图与电气特性

  • 接口类型：SPI
  • SPI主机：SPI2_HOST
  • 时钟频率：20MHz
  • 引脚分配（ESP32-S3 → CH390D）：
  • IO9 → E-SCS（片选）
  • IO10 → E-MOSI（主机输出/从机输入）
  • IO11 → E-SCK（时钟）
  • IO12 → E-MISO（主机输入/从机输出）
  • IO13 → E-INT（中断，低电平有效）
  • IO4 → E-RSTB（复位，低电平有效）
  • 电源与地：
  • VCC → 3.3V（与ESP32-S3逻辑电平一致）
  • GND → 地
  • RJ45接口：模块自带RJ45与隔离变压器，可直接接入网线。
  • 中断模式：INT引脚用于中断通知，便于高效处理接收数据。
graph LR
subgraph "ESP32-S3"
IO9["IO9 - CS(E-SCS)"]
IO10["IO10 - MOSI(E-MOSI)"]
IO11["IO11 - CLK(E-SCK)"]
IO12["IO12 - MISO(E-MISO)"]
IO13["IO13 - INT(E-INT)"]
IO4["IO4 - RST(E-RSTB)"]
VCC["3.3V"]
GND["GND"]
end
subgraph "CH390D"
CS["SCS"]
MOSI["MOSI"]
CLK["SCK"]
MISO["MISO"]
INT["INT"]
RST["RSTB"]
end
IO9 --> CS
IO10 --> MOSI
IO11 --> CLK
IO12 --> MISO
IO13 --> INT
IO4 --> RST
VCC --> |"3.3V"| VCC
GND --> GND

图表来源 - include/config.h - old_version/docs/CH390H_Wiring.md - old_version/docs/CH390H_Wiring.md

章节来源 - include/config.h - old_version/docs/CH390H_Wiring.md

nRF52833 BLE协处理器连接图与电气特性

  • 接口类型：UART（带硬件流控）
  • 波特率：1Mbps
  • 引脚分配（ESP32-S3 → nRF52833）：
  • IO17 → RXD（nRF52833接收）
  • IO16 → TXD（nRF52833发送）
  • IO15 → CTS（nRF52833清零）
  • IO7 → RTS（nRF52833允许）
  • IO42 → INT（nRF52833事件中断）
  • 复位：共享EN引脚（不使用GPIO控制），可通过上电复位或外部复位电路实现。
  • 电源与地：3.3V逻辑电平，与ESP32-S3兼容。
  • 中断：INT为低电平有效，用于BLE事件通知。
graph LR
subgraph "ESP32-S3"
TX["IO17 - TX"]
RX["IO16 - RX"]
RTS["IO15 - RTS"]
CTS["IO7 - CTS"]
INT["IO42 - INT"]
RST["EN(共享)"]
VCC["3.3V"]
GND["GND"]
end
subgraph "nRF52833"
NRX["RXD"]
NTX["TXD"]
NCTS["CTS"]
NRTS["RTS"]
NINT["INT"]
end
TX --> NRX
RX --> NTX
RTS --> NCTS
CTS --> NRTS
INT --> NINT
RST --> RST
VCC --> |"3.3V"| VCC
GND --> GND

图表来源 - include/config.h - README_Gateway.md

章节来源 - include/config.h - README_Gateway.md

电源分配与地线连接

  • 电源：所有外设统一使用3.3V供电，与ESP32-S3逻辑电平一致，避免电平不匹配。
  • 地线：采用星形接地或单点接地策略，确保共地阻抗最小，减少噪声耦合。
  • 建议：
  • 在电源入口处放置去耦电容（如0.1μF陶瓷电容就近旁路到地）。
  • 以太网与BLE信号线尽量远离高频数字总线，必要时增加磁珠或滤波。
  • 若使用长线缆，建议采用屏蔽双绞线并单端接地。

章节来源 - include/config.h - old_version/docs/CH390H_Wiring.md

信号完整性保护措施

  • 时钟与数据对称布线，尽量等长，减少时序偏差。
  • UART采用硬件流控（RTS/CTS），降低数据溢出风险。
  • SPI使用专用片选（CS），避免多设备共享总线导致冲突。
  • 中断线采用上拉/下拉（根据芯片手册）并缩短走线，减少干扰。
  • 高频时钟（20MHz SPI）建议使用阻抗控制PCB走线（通常50Ω）。

章节来源 - include/config.h - include/config.h - include/config.h

连接器规格与线缆长度限制

  • CH390D：RJ45接口，支持标准网线接入；模块自带隔离变压器，满足工业环境应用。
  • UART连接：建议使用2×4排针或直插式连接器，线缆长度建议不超过1米，以保证1Mbps UART的信号质量。
  • SPI连接：建议使用4~6线连接器，线缆长度不超过1米；若需更长距离，应采用差分或专用高速线缆并注意阻抗匹配。
  • 电源线：建议线缆截面积≥0.5mm²，以降低压降；长线时需考虑压降补偿。

章节来源 - old_version/docs/CH390H_Wiring.md - include/config.h - include/config.h

实际硬件测试连接示例与连接顺序

  • 连接顺序建议： 1) 先完成电源与地线连接（确保3.3V与GND正确）。 2) 连接CH390D SPI接口（CS/MOSI/SCK/MISO/INT/RST）。 3) 连接nRF52833 UART接口（TX/RX/RTS/CTS/INT）。 4) 检查复位引脚（EN共享，确保上电复位路径正常）。 5) 加载固件后，通过软件初始化以太网与BLE，观察指示灯状态。
  • 测试要点：
  • 以太网：确认ETH_INT引脚电平变化，检查链路状态与IP获取。
  • BLE：确认nRF52833 INT引脚电平变化，检查扫描与连接流程。
  • UART：使用串口工具验证1Mbps波特率下的数据收发。

章节来源 - old_version/main/main.c - include/eth_manager.h - include/hci_transport.h

依赖分析

  • 引脚配置集中于include/config.h，确保软件初始化与硬件连接一致。
  • 以太网管理模块依赖SPI主机与GPIO引脚配置，同时提供状态查询与回调机制。
  • nRF52833通过UART与ESP32-S3通信，软件层提供初始化、发送、回调与复位接口。
  • 主程序按启动顺序初始化各子系统，并在失败时给出提示信息。
graph TB
CFG["include/config.h"]
ETHM["include/eth_manager.h"]
WIFIM["include/wifi_manager.h"]
HCIT["include/hci_transport.h"]
MAIN["old_version/main/main.c"]
CFG --> MAIN
CFG --> ETHM
CFG --> HCIT
MAIN --> ETHM
MAIN --> HCIT
MAIN --> WIFIM

图表来源 - include/config.h - include/eth_manager.h - include/wifi_manager.h - include/hci_transport.h - old_version/main/main.c

章节来源 - include/config.h - include/eth_manager.h - include/wifi_manager.h - include/hci_transport.h - old_version/main/main.c

性能考虑

  • SPI时钟：20MHz，满足CH390D性能需求；若后续升级更高带宽PHY，需评估PCB走线与驱动能力。
  • UART带宽：1Mbps，配合硬件流控可稳定传输；若扩展到更高吞吐量，需评估缓冲区大小与任务优先级。
  • 中断处理：以太网与BLE均使用中断引脚，建议在软件层设置合适的中断优先级与处理队列，避免丢失事件。
  • 电源纹波：在高负载场景下，建议增加电源滤波与去耦，避免影响通信质量。

故障排查指南

  • 以太网无法连接：
  • 检查CS/CLK/MOSI/MISO/INT/RST引脚是否正确连接。
  • 确认SPI主机与时钟频率配置一致。
  • 观察ETH_INT引脚电平变化，确认链路状态。
  • BLE无法通信：
  • 检查UART TX/RX/RTS/CTS/INT引脚连接。
  • 确认波特率为1Mbps且硬件流控启用。
  • 查看nRF52833 INT引脚电平变化，确认事件中断。
  • 复位异常：
  • 确认EN引脚（nRF52833复位）连接正确，必要时添加外部复位电路。
  • 电源问题：
  • 使用万用表测量3.3V输出与GND间压降，确保在允许范围内。

章节来源 - include/eth_manager.h - include/hci_transport.h - include/config.h - include/config.h

结论

本文档基于仓库中的配置与说明，给出了ESP32-S3与nRF52833、CH390D之间的完整硬件连接方案。通过统一的引脚配置、明确的电气特性与信号完整性保护措施，可确保系统在实际部署中具备良好的稳定性与可维护性。建议在PCB布局与线缆选择上遵循阻抗控制与短路径原则，并在测试阶段重点关注中断与复位引脚的正确性。

附录

  • 以太网默认配置（来自软件配置头文件）：
  • SPI主机：SPI2_HOST
  • 时钟频率：20MHz
  • 引脚：CS/MOSI/SCK/MISO/INT/RST
  • nRF52833默认配置（来自软件配置头文件）：
  • UART主机：UART1
  • 波特率：1Mbps
  • 引脚：TX/RX/RTS/CTS/INT
  • 复位：EN共享（不使用GPIO）

章节来源 - include/config.h - include/config.h - old_version/include/config.h