20181127_ESP32開発ボードLT祭り

1. 「M5Stackの拡張基板を作って
CEOのJimmyに届けてきた」
2018/11/27
@tomorrow56
Masawo
Yamazaki
ESP32開発ボードLT祭り

2. 自己紹介

3. Masawo Yamazaki (@tomorrow56)
- ハードウエアエンジニア(電子回路設計)
- 某電器メーカーでモニターやテレビ設計を担当
- 現在は、本業のかたわら同人ハードを設計・販売
Facebook: Masawo Yamazaki Twitter: @tomorrow56

4. こんなボードを作っています
↑
Uno shaped ESP32 breakout board
https://www.switch-
science.com/catalog/3456/
↑
IR & Servo shield for Arduino Pro Mini USB Host Shield for Arduino Pro Mini
Web： https://thousandiy.wordpress.com/
Facebook： https://www.facebook.com/thousandiy/

5. M5Stackを使ってますか？

6. M5Stackとは
• Wi-FiとBLEが使えるSoC「ESP32」を搭載したコンパクトな開発モジュール
• 5.4cmx5.4cmの筐体にカラーLCDディスプレイ、microSDカードスロット、スピーカーを
搭載
 スクリーン: 320x240 カラーTFT LCD
 内蔵スピーカー: 1W
 電源入力: 5V-5.5V/500mA(USB Type-C)
 内蔵電池: 3.7V/150 mAh
 インターフェイス:
I2C(GROVE) x 1
microSDスロット x 1
M-BUS(SPI,UART,I2S,ADC,DAC)

7. M5Stackとは
• Wi-FiとBLEが使えるSoC「ESP32」を搭載したコンパクトな開発モジュール
• 5.4cmx5.4cmの筐体にカラーLCDディスプレイ、microSDカードスロット、スピーカーを
搭載
 スクリーン: 320x240 カラーTFT LCD
 内蔵スピーカー: 1W
 電源入力: 5V-5.5V/500mA(USB Type-C)
 内蔵電池: 3.7V/150 mAh
 インターフェイス:
I2C(GROVE) x 1
microSDスロット x 1
M-BUS(SPI,UART,I2S,ADC,DAC)
ArduinoIDEで開発できて、WifiとBLEが使える
「カスタムできる最高のガジェット」

8. しかも新製品がなんかすごい勢いで増殖中
CEOのJimmyさ
ん

9. 沼です

10. 本日は拡張ボードの話
このへんの話

11. やさしい拡張基板の作り方

12. まずオフィシャルサイトから回路図を入手
http://www.m5stack.com/

13. 内部のデバイスで使用しているポートを確認

14. ESP32 IO No. Strapping(default) M5Stack_Internal M5Stack_IO USB_Host_Shield L293D PCA9685 direction Note
0 〇(PU) Mode IIS_MCLK 12EN I/O GPIO0, ADC2_CH1, TOUCH1, RTC_GPIO11, CLK_OUT1, EMAC_TX_CLK
1 TXD0 TXD1 I/O GPIO1, U0TXD, CLK_OUT3, EMAC_RXD2
2 〇(PD) G2 3A I/O GPIO2, ADC2_CH2, TOUCH2, RTC_GPIO12, HSPIWP, HS2_DATA0, SD_DATA0
3 RXD0 RXD1 I/O GPIO3, U0RXD, CLK_OUT2
4 SD_SPI_CS I/O GPIO4, ADC2_CH0, TOUCH0, RTC_GPIO10, HSPIHD, HS2_DATA1, SD_DATA1, EMAC_TX_ER
5 〇(PU) G5 SS I/O GPIO5, VSPICS0, HS1_DATA6, EMAC_RX_CLK
6 I/O GPIO6, SD_CLK, SPICLK, HS1_CLK, U1CTS
7 I/O GPIO7, SD_DATA0, SPIQ, HS1_DATA0, U2RTS
8 I/O GPIO8, SD_DATA1, SPID, HS1_DATA1, U2CTS
9 I/O GPIO9, SD_DATA2, SPIHD, HS1_DATA2, U1RXD
10 I/O GPIO10, SD_DATA3, SPIWP, HS1_DATA3, U1TXD
11 I/O GPIO11, SD_CMD, SPICS0, HS1_CMD, U1RTS
12 〇(PD) IIS_SCK 1A I/O GPIO12, ADC2_CH5, TOUCH5, RTC_GPIO15, MTDI, HSPIQ, HS2_DATA2, SD_DATA2, EMAC_TXD3
13 IIS_WS 2A I/O GPIO13, ADC2_CH4, TOUCH4, RTC_GPIO14, MTCK, HSPID, HS2_DATA3, SD_DATA3, EMAC_RX_ER
14 LCD_CS I/O GPIO14, ADC2_CH6, TOUCH6, RTC_GPIO16, MTMS, HSPICLK, HS2_CLK, SD_CLK, EMAC_TXD2
15 〇(PU) IIS_OUT 34EN I/O GPIO15, ADC2_CH3, TOUCH3, MTDO, HSPICS0, RTC_GPIO13, HS2_CMD, SD_CMD, EMAC_RXD3
16 RXD2 4A I/O GPIO16, HS1_DATA4, U2RXD, EMAC_CLK_OUT
17 TXD2 INT I/O GPIO17, HS1_DATA5, U2TXD, EMAC_CLK_OUT_180
18 LCD_SCK/SD_SPI_CLK SCK SCK I/O GPIO18, VSPICLK, HS1_DATA7
19 SD_SPI_SDDO MISO MISO I/O GPIO19, VSPIQ, U0CTS, EMAC_TXD0
20
21 MPU9250_SDA/GROVE_SDASDA SDA I/O GPIO21, VSPIHD, EMAC_TX_EN
22 MPU9250_SCL/GROVE_SCL SCL SCL I/O GPIO22, VSPIWP, U0RTS, EMAC_TXD1
23 LCD_MOSI/SD_SPI_SDDI MOSI MOSI I/O GPIO23, VSPID, HS1_STROBE
24
25 SPEAKER DAC0 I/O GPIO25, DAC_1, ADC2_CH8, RTC_GPIO6, _RXD0
26 DAC1 I/O GPIO26, DAC_2, ADC2_CH9, RTC_GPIO7, EMAC_RXD1
27 LCD_R/S I/O GPIO27, ADC2_CH7, TOUCH7, RTC_GPIO17, EMAC_RX_DV
28
29
30
31
32 LCD_BL I/O GPIO32, XTAL_32K_P (32.768 kHz crystal oscillator input), ADC1_CH4, TOUCH9, RTC_GPIO9
33 LCD_RST I/O GPIO33, XTAL_32K_N (32.768 kHz crystal oscillator output), ADC1_CH5, TOUCH8, RTC_GPIO8
34 IIS_IN I GPIO34, ADC1_CH6, RTC_GPIO4
35 AD I GPIO35, ADC1_CH7, RTC_GPIO5
36 AD I GPIO36, SENSOR_VP, ADC_H, ADC1_CH0, RTC_GPIO0
37 BUTTON_C I GPIO37, SENSOR_CAPP (270pF)
38 BUTTON_B I GPIO38, SENSOR_CAPN (270pF)
39 BUTTON_A I GPIO39, SENSOR_VN, ADC1_CH3, ADC_H, RTC_GPIO3
M5Stackの回路図からリストを作成し
コンフリクトをしないようにピンをアサイン
Pin Default 3.3V 1.8V
MTDI/GPIO12 Pull-down 0 1
Pin Default SPI Flash Boot Download Boot
GPIO0 Pull-up 1 0
GPIO2 Pull-down Don't-care 0
Pin Default U0TXD Toggling U0TXD Silent
MTDO/GPIO15 Pull-up 1 0
Falling-edge Input Falling-edge Input Rising-edge Input Rising-edge Input
Falling-edge Output Rising-edge Output Falling-edge Output Rising-edge Output
MTDO/GPIO15 Pull-up 0 0 1 1
GPIO5 Pull-up 0 1 0 1
Strapping Pins
Timing of SDIO Slave
Pin Default
Firmware can configure register bits to change the setting of "Voltage of Internal LDO (VDD_SDIO)"
and "Timing of SDIO Slave" after booting.
Note:
Voltage of Internal LDO (VDD_SDIO)
Booting Mode
Debugging Log on U0TXD During Booting

15. KiCadで回路図を作成して

16. 部品を作成して基板レイアウト
M-Busコネクタの3Dデータ
はとりあえず流用
外形寸法は現物を実測
(オフィシャルな資料が見つからなかった…)
KiCadの3Dビューはちょっと楽しい

17. Elecrowに発注し、入手した基板に部品を実
装
発送方法で”ANA OCS”($13.66)
を選択すると約1週間で基板が到
着
集めた部品をもくもくと実装

18. USH Host Shield for M5Stack
• USB Host Chip: MAX3421E (MAXIM Integrated)
LiPo Battery
Connector
Power SW
USB STD-A
connector
The revised board was finished and it
was confirmed that one operation was
completed.
USB Host Shield Library :

19. スイッチサイエンスで販売してみました
https://www.switch-science.com/catalog/3919/
中国からのHost Chip到着待
ち
よければ入荷通知登録を！！

20. スイッチサイエンスで販売してみました
https://www.switch-science.com/catalog/3919/
中国からのHost Chip到着待
ち
よければ入荷通知登録を！！
買っていただいた方
ありがとうございます！

21. USB経由で色々つなげます
M5Stack_USB_Host_FTDI_Serial_Monitor
https://github.com/tomorrow56/M5Stack_USB_Host_FTDI_Se
rial_Monitor
ArduinoでFeliCaリーダー & ケータイにURLをプッシュ
http://neocat.hatenablog.com/entry/20101123/129
0514516

22. 気がつくと新作を設計してました

23. 気がつくと新作を設計してました
さらに沼です

24. 設計ターゲット
• Arduinoでよく使われているデバイスで簡単に使える
• できるだけ安く
• 3種類のシールドを同時にスタック可能
• USB Host Shield (SPI)
• Motor Driver Shield (6pin digital)
• Servo Shield (I2C)

25. ESP32 IO No. Strapping(default) M5Stack_Internal M5Stack_IO USB_Host_Shield L293D PCA9685 direction Note
0 〇(PU) Mode IIS_MCLK 12EN I/O GPIO0, ADC2_CH1, TOUCH1, RTC_GPIO11, CLK_OUT1, EMAC_TX_CLK
1 TXD0 TXD1 I/O GPIO1, U0TXD, CLK_OUT3, EMAC_RXD2
2 〇(PD) G2 3A I/O GPIO2, ADC2_CH2, TOUCH2, RTC_GPIO12, HSPIWP, HS2_DATA0, SD_DATA0
3 RXD0 RXD1 I/O GPIO3, U0RXD, CLK_OUT2
4 SD_SPI_CS I/O GPIO4, ADC2_CH0, TOUCH0, RTC_GPIO10, HSPIHD, HS2_DATA1, SD_DATA1, EMAC_TX_ER
5 〇(PU) G5 SS I/O GPIO5, VSPICS0, HS1_DATA6, EMAC_RX_CLK
6 I/O GPIO6, SD_CLK, SPICLK, HS1_CLK, U1CTS
7 I/O GPIO7, SD_DATA0, SPIQ, HS1_DATA0, U2RTS
8 I/O GPIO8, SD_DATA1, SPID, HS1_DATA1, U2CTS
9 I/O GPIO9, SD_DATA2, SPIHD, HS1_DATA2, U1RXD
10 I/O GPIO10, SD_DATA3, SPIWP, HS1_DATA3, U1TXD
11 I/O GPIO11, SD_CMD, SPICS0, HS1_CMD, U1RTS
12 〇(PD) IIS_SCK 1A I/O GPIO12, ADC2_CH5, TOUCH5, RTC_GPIO15, MTDI, HSPIQ, HS2_DATA2, SD_DATA2, EMAC_TXD3
13 IIS_WS 2A I/O GPIO13, ADC2_CH4, TOUCH4, RTC_GPIO14, MTCK, HSPID, HS2_DATA3, SD_DATA3, EMAC_RX_ER
14 LCD_CS I/O GPIO14, ADC2_CH6, TOUCH6, RTC_GPIO16, MTMS, HSPICLK, HS2_CLK, SD_CLK, EMAC_TXD2
15 〇(PU) IIS_OUT 34EN I/O GPIO15, ADC2_CH3, TOUCH3, MTDO, HSPICS0, RTC_GPIO13, HS2_CMD, SD_CMD, EMAC_RXD3
16 RXD2 4A I/O GPIO16, HS1_DATA4, U2RXD, EMAC_CLK_OUT
17 TXD2 INT I/O GPIO17, HS1_DATA5, U2TXD, EMAC_CLK_OUT_180
18 LCD_SCK/SD_SPI_CLK SCK SCK I/O GPIO18, VSPICLK, HS1_DATA7
19 SD_SPI_SDDO MISO MISO I/O GPIO19, VSPIQ, U0CTS, EMAC_TXD0
20
21 MPU9250_SDA/GROVE_SDASDA SDA I/O GPIO21, VSPIHD, EMAC_TX_EN
22 MPU9250_SCL/GROVE_SCL SCL SCL I/O GPIO22, VSPIWP, U0RTS, EMAC_TXD1
23 LCD_MOSI/SD_SPI_SDDI MOSI MOSI I/O GPIO23, VSPID, HS1_STROBE
24
25 SPEAKER DAC0 I/O GPIO25, DAC_1, ADC2_CH8, RTC_GPIO6, _RXD0
26 DAC1 I/O GPIO26, DAC_2, ADC2_CH9, RTC_GPIO7, EMAC_RXD1
27 LCD_R/S I/O GPIO27, ADC2_CH7, TOUCH7, RTC_GPIO17, EMAC_RX_DV
28
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30
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32 LCD_BL I/O GPIO32, XTAL_32K_P (32.768 kHz crystal oscillator input), ADC1_CH4, TOUCH9, RTC_GPIO9
33 LCD_RST I/O GPIO33, XTAL_32K_N (32.768 kHz crystal oscillator output), ADC1_CH5, TOUCH8, RTC_GPIO8
34 IIS_IN I GPIO34, ADC1_CH6, RTC_GPIO4
35 AD I GPIO35, ADC1_CH7, RTC_GPIO5
36 AD I GPIO36, SENSOR_VP, ADC_H, ADC1_CH0, RTC_GPIO0
37 BUTTON_C I GPIO37, SENSOR_CAPP (270pF)
38 BUTTON_B I GPIO38, SENSOR_CAPN (270pF)
39 BUTTON_A I GPIO39, SENSOR_VN, ADC1_CH3, ADC_H, RTC_GPIO3
M5Stackの回路図からリストを作成し
コンフリクトをしないようにピンをアサイン
Pin Default 3.3V 1.8V
MTDI/GPIO12 Pull-down 0 1
Pin Default SPI Flash Boot Download Boot
GPIO0 Pull-up 1 0
GPIO2 Pull-down Don't-care 0
Pin Default U0TXD Toggling U0TXD Silent
MTDO/GPIO15 Pull-up 1 0
Falling-edge Input Falling-edge Input Rising-edge Input Rising-edge Input
Falling-edge Output Rising-edge Output Falling-edge Output Rising-edge Output
MTDO/GPIO15 Pull-up 0 0 1 1
GPIO5 Pull-up 0 1 0 1
Strapping Pins
Timing of SDIO Slave
Pin Default
Firmware can configure register bits to change the setting of "Voltage of Internal LDO (VDD_SDIO)"
and "Timing of SDIO Slave" after booting.
Note:
Voltage of Internal LDO (VDD_SDIO)
Booting Mode
Debugging Log on U0TXD During Booting
We need to use
strapping pin for
Enable…

26. 2ch Motor Driver Shield for M5Stack
•H-Bridge Driver: L293D (TI compatible)
Motor Power
Select
Internal or
External
LiPo
Battery
Connecto
r
Power SW
External
Battery
connector
Motor
connector

27. 2ch Motor Driver Shield for M5Stack
Use Strapping
pin for Enable

28. Demo: Spider Robot Line Tracer

29. 10ch Servo Shield for M5Stack
•PWM Driver: PCA9685 (NXP compatible)
Motor Power
Select
Internal or
External
LiPo
Battery
Connecto
r
Power SW
External
Battery
connector
10 Servo
connectors
Adafruit-PWM-Servo-Driver: https://github.com/adafruit/Adafruit-PWM-Servo-Driver-Library

30. 10ch Servo Shield for M5Stack

31. Demo: Plot Clock corrected with NTP
https://twitter.com/tomorrow56/status/1025086708210008064
PCA9685 Servo Library: https://github.com/adafruit/Adafruit-PWM-Servo-
Driver-Library

32. そして10月に深圳のM5Stackのオフィスに届けてきまし
た

33. そして本家と微妙にかぶりました
いま思うとJimmyさんがちょっと複雑な顔をしていた気も…

34. 拡張基板を作ってわかった事
1. 基板の外形寸法とM-BUSコネクタ位置の正式な図面がない
• とりあえず、現物を実測して対応
2. M-BUSコネクタ(低背のSMD ピンヘッダ)が高い
• 純正は高い(オスメス4組セットで1300円)
• M-BUS部にスルーホールを追加すると秋月電子の7.7mm低背ピンヘッダが使える
3. M-BUSコネクタは抜き差しに弱い
• 無理な外し方をすると電極が開いて接触不良に…(特にバッテリー側の端子)
← この面から外す事(重要!)

35. Have a good M5Stack
life!

36. おまけ
https://bit.ly/2PZz
Al0

37. Jimmy, thank you for making
M5Stack!