Cài đặt môi trường và GPIO cơ bản

Cài đặt môi trường và GPIO cơ bản trên ESP32

1. Cài đặt board ESP32 trong Arduino IDE

Mở File → Preferences, thêm vào "Additional Board Manager URLs":

https://raw.githubusercontent.com/espressif/arduino-esp32/gh-pages/package_esp32_index.json

Sau đó vào Tools → Board → Board Manager, tìm "esp32" và cài esp32 by Espressif Systems phiên bản 2.x.

Chọn board: Tools → Board → ESP32 Arduino → ESP32 Dev Module

2. Sơ đồ chân ESP32 DevKit V1

Các chân quan trọng:

• GPIO2 — LED onboard (active HIGH)
• GPIO0 — Boot button (BOOT), đừng dùng làm OUTPUT
• GPIO34, 35, 36, 39 — Input only, không có internal pull-up
• GPIO1, 3 — TX/RX UART0 (Serial), tránh dùng khi debug
• GPIO21, 22 — SDA, SCL của I2C mặc định

3. Blink LED — chương trình đầu tiên

// Blink LED onboard ESP32 (GPIO2)
const int LED_BUILTIN_ESP32 = 2;

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(LED_BUILTIN_ESP32, OUTPUT);
  Serial.println("ESP32 Blink bắt đầu!");
}

void loop() {
  digitalWrite(LED_BUILTIN_ESP32, HIGH);
  Serial.println("LED ON");
  delay(500);
  digitalWrite(LED_BUILTIN_ESP32, LOW);
  Serial.println("LED OFF");
  delay(500);
}

4. Đọc ADC 12-bit

ESP32 có ADC độ phân giải 12-bit (0–4095), độ chính xác tốt hơn Arduino Uno (10-bit):

const int POT_PIN = 34; // GPIO34 — input only

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  // GPIO34 mặc định là input, không cần pinMode
}

void loop() {
  int raw = analogRead(POT_PIN);          // 0–4095
  float voltage = raw * 3.3f / 4095.0f;  // quy đổi ra volt
  Serial.printf("ADC: %d | %.2f V\n", raw, voltage);
  delay(200);
}

5. Touch Sensor tích hợp

ESP32 có 10 chân cảm ứng điện dung (T0–T9):

void setup() {
  Serial.begin(115200);
}

void loop() {
  int touchVal = touchRead(T0); // GPIO4 = T0
  Serial.printf("Touch T0: %d\n", touchVal);
  // Giá trị thấp (~10-30) khi chạm, cao (~60-80) khi không chạm
  delay(100);
}

Lưu ý quan trọng

• Điện áp GPIO ESP32 là 3.3V, KHÔNG chịu được 5V — cần level shifter khi giao tiếp với thiết bị 5V
• Dòng tối đa mỗi GPIO: 40 mA, tổng: 1200 mA
• Khi upload code: giữ nút BOOT nếu IDE báo lỗi kết nối

Giáo án giảng dạy

Mục tiêu bài học

• Học viên giải thích được vai trò của bài Cài đặt môi trường và GPIO cơ bản trong mạch robot car ESP32 điều khiển không dây.
• Học viên đọc được sơ đồ chân, nhận biết nguồn, GND và đường tín hiệu trước khi cấp điện.
• Học viên chạy được ví dụ mẫu, quan sát hiện tượng, rồi sửa một tham số để hiểu tác động kỹ thuật.

Kiến thức nền

Bài này đặt trong khóa ESP32 Robot Car. Phần cứng trung tâm là ESP32 DevKit 3.3V, cơ cấu chấp hành gồm 2 động cơ DC giảm tốc hoặc motor gearbox, cảm biến hoặc tín hiệu liên quan gồm HC-SR04, cảm biến line, trạng thái WiFi/Bluetooth. Khi dạy, giáo viên nên nhấn mạnh quan hệ giữa 3 lớp: phần cứng nhận tín hiệu, chương trình xử lý logic, và cơ cấu tạo chuyển động thật.

Linh kiện và dụng cụ

Sơ đồ nối dây khuyến nghị

Quy trình thực hành trên lớp (35-50 phút)

1. Giáo viên giới thiệu mục tiêu và chỉ ra linh kiện thật trên bàn học.
2. Học viên nối dây khi chưa cấp nguồn tải, sau đó kiểm tra chéo theo cặp.
3. Upload code mẫu, mở Serial Monitor nếu bài có dữ liệu cần quan sát.
4. Chạy thử ở tốc độ/tham số thấp để giảm rủi ro va chạm hoặc quá dòng.
5. Học viên thay đổi một tham số: tốc độ PWM, ngưỡng cảm biến, góc servo hoặc thời gian giữ.
6. Cả lớp ghi lại hiện tượng: robot nhanh/chậm hơn, lệch hướng, rung, mất line hoặc phản ứng trễ.
7. Giáo viên tổng kết bằng sơ đồ "input → xử lý → output" của bài học.

Code mẫu nền tảng

const int L_PWM=25, L_IN1=26, L_IN2=27;
const int R_PWM=14, R_IN1=12, R_IN2=13;

void setMotor(int pwmPin, int in1, int in2, int speed) {
  speed = constrain(speed, -255, 255);
  digitalWrite(in1, speed >= 0 ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(in2, speed >= 0 ? LOW : HIGH);
  analogWrite(pwmPin, abs(speed));
}

void setup() {
  for (int pin : {L_PWM,L_IN1,L_IN2,R_PWM,R_IN1,R_IN2}) pinMode(pin, OUTPUT);
}

void loop() {
  setMotor(L_PWM, L_IN1, L_IN2, 180);
  setMotor(R_PWM, R_IN1, R_IN2, 180);
  delay(1000);
}

Giải thích kỹ thuật

• Nguồn quyết định độ ổn định: motor và servo kéo dòng cao nên cần nguồn riêng, tụ lọc và dây đủ chắc.
• Tín hiệu điều khiển chỉ mang lệnh, không mang công suất. Board điều khiển gửi HIGH/LOW/PWM, driver mới cấp dòng cho tải.
• Calibration giúp robot hoạt động lặp lại được: cảm biến cần ngưỡng, servo cần góc home, motor cần bù sai lệch hai bên.
• Tách hàm làm code dễ dạy: một hàm cho đọc input, một hàm xử lý quyết định, một hàm điều khiển output.

Checklist an toàn phần cứng

• không đưa tín hiệu 5V vào GPIO ESP32; tránh GPIO 6-11 và các chân boot strap nhạy cảm.
• Kiểm tra cực dương/âm của pin bằng mắt và bằng đồng hồ đo nếu có.
• Không để dây nguồn trần chạm nhau hoặc chạm khung kim loại.
• Khi motor/servo nóng bất thường, dừng nguồn tải trước rồi mới sửa code hoặc sửa dây.
• Với pin Li-ion/LiPo, không sạc khi không giám sát và không dùng pin phồng.

Lỗi thường gặp và cách debug

Bài tập trên lớp

• Hoàn thành mạch và chạy code mẫu ổn định ít nhất 3 lần liên tiếp.
• Giải thích bằng lời vai trò của từng dây: VCC, GND, signal/PWM và nguồn tải.
• Thay đổi một tham số trong code và ghi lại hiện tượng trước/sau.

Bài tập về nhà

• Viết lại kiến thức chính bằng sơ đồ khối và liên hệ với một lỗi phần cứng có thể xảy ra.
• Vẽ lại sơ đồ nối dây của bài vào vở hoặc slide nhóm.
• Chuẩn bị một câu hỏi debug cho buổi sau: "Nếu robot không chạy, em sẽ kiểm tra gì đầu tiên?"

Tiêu chí đánh giá

Gợi ý cho giáo viên

Với học viên mới, đừng bắt đầu bằng code dài. Hãy cho học viên chạm linh kiện, đoán chức năng, rồi mới nối dây. Khi có lỗi, yêu cầu các nhóm đọc lỗi theo thứ tự: nguồn → GND → chân tín hiệu → code → cơ khí. Cách này hình thành tư duy hardware engineering thay vì chỉ sửa mò.