ESP32-S31 外设管脚分配说明

ESP32-S31 芯片具有 60 个物理 GPIO 管脚（GPIO0 ~ GPIO61，除 GPIO29、GPIO41 外）。其中包括 8 个低功耗 (LP) GPIO 管脚和 52 个高性能 (HP) GPIO 管脚。每个管脚都可用作一个通用 IO，或连接一个内部的外设信号。通过 GPIO 交换矩阵和 IO MUX，可配置外设模块的输入信号来源于任何的 IO 管脚，并且外设模块的输出信号也可连接到任意 IO 管脚。这些模块共同组成了芯片的 IO 控制。更多详细信息，请参阅 ESP32-S31 技术参考手册 > IO MUX 和 GPIO 交换矩阵（GPIO、IO_MUX） PDF。

快速上手路径（Quick Start）

如果这是您第一次进行开发，建议优先参考以下核心外设的推荐管脚定义：

基础通信与控制

• UART 管脚分配说明 —— 用于代码下载、日志监视与基础串口通信。

  • ESP32-S31 芯片集成了多达 4 路主系统 UART 和 1 路低功耗 LP UART。

• I2C 管脚分配说明 —— 用于音频编解码器配置及各种低速传感器的数据交互。

  • ESP32-S31 有两个 HP_I2C 总线接口和一个 LP_I2C 总线接口。根据配置，HP_I2C 总线接口可以用作 I2C 主机或从机模式；LP_I2C 总线接口只能用作 I2C 主机模式。总线速率最高可配置为 800 Kbit/s 快速模式。

• SPI 管脚分配说明 —— 用于高速存储器读写以及串行屏显控制。

  • ESP32-S31 芯片内部集成 6 个 SPI + 1 个低功耗 SPI (LP SPI) ,其中：

    • SPI0 与 SPI1 分别专用于封装内 PSRAM 与外部 flash。默认预留给系统使用，用户无法修改。
    • 2 个 通用 SPI , 默认 SPI2 ,可供用户使用。
    • 1 个 低功耗 SPI，默认 LP SPI,可供用户使用。

• SDIO 管脚分配说明 —— 用于高速 TF 卡及 SD 设备的 4-bit 协议级传输。

  • ESP32-S31 芯片集成了一个高速 SDIO 3.0 主机控制器，支持 SD 存储卡、SDIO 读卡器及 SDIO 外设的 1 线、4 线传输模式。

• USB 管脚分配说明 —— 支持 USB OTG 高速双向传输与 USB Serial/JTAG 固件下载调试。

  • ESP32-S31 支持多路 USB 通信接口：一个支持全速/高速模式的 USB 2.0 OTG 控制器，以及一个支持程序下载、调试和 CDC-ACM 控制台的 USB Serial/JTAG 调试器。

• 以太网管脚分配说明 —— 原生 1000 Mbps 千兆以太网 MAC，支持 RMII 与 RGMII。

  • ESP32-S31 原生集成了一个 IEEE 802.3 规范兼容的千兆媒体访问控制器（EMAC），支持硬件精确时间协议（IEEE 1588-2008 PTP）。它提供外接以太网物理层芯片（Ethernet PHY，如 IP101G、RTL8211 等）的物理通道，支持 10/100/1000 Mbps 的超宽数据传输。

• TWAI 管脚分配说明 —— 用于 CAN FD 总线车载和工业级通信。

  • ESP32-S31 支持一个 TWAI（双线汽车接口）控制器，完全兼容 CAN FD 协议规范，支持 1 Kbit/s 到 1 Mbit/s 的通信速率。

• RMT 管脚分配说明 —— 用于红外编解码信号收发及驱动 WS2812 炫彩灯带。

  • ESP32-S31 的 RMT（远程控制器）外设支持 4 路发送通道（TX）和 4 路接收通道（RX） 。

• LED PWM 管脚分配说明 —— 脉冲宽度调制（LEDC），用于调节 LED 亮度或控制电机转速。

  • ESP32-S31 支持 2 组 LED PWM 控制器，共具有 16 个独立的 PWM 生成通道 和 4 个独立的硬件定时器，支持高精度的占空比（最高支持 20-bit）与高达 40 MHz 的高频方波输出。

• MCPWM 管脚分配说明 —— 电机控制专用 PWM 发生器。

  • ESP32-S31 包含一个电机控制脉宽调制器 (MCPWM)，共计 4 路 MCPWM 输出。

模拟外设

• ADC 管脚分配说明 —— 12 位高精度 SAR 模数转换器，采集外部模拟电压信号。

  • ESP32-S31 内置 2 个 12 位高分辨率的逐次逼近型模数转换器（SAR ADC），支持最多 16 个模拟测量输入通道，支持多通道连续扫描及通过 AXI GDMA 进行超高速、低延迟数据搬移。

• DAC 管脚分配说明 —— 硬件数模转换器，用于输出模拟音频或波形。

  • ESP32-S31 内置 2 个 10-bit 与 2 个 12-bit 数模转换控制器（DAC），可通过数字算法或查表生成平滑的模拟波形或模拟音频信号，输出范围支持 0V 至 3.3V。

• Touch 触摸管脚分配说明 —— 电容式触摸按键、滑轮或手势控制检测。

  • ESP32-S31 支持多达 14 个高可靠性的电容式触摸感应通道，能够透过非导电材质盖板（如玻璃、亚克力、塑料）精确捕获极微小的电容跃变，支持通过严格的 CS（电磁兼容性抗扰）测试。

多媒体外设

• I2S 管脚分配说明 —— 用于连接音频 Codec 进行高质量数字音频的采集与输出。

  • ESP32-S31 内置 2 个独立的 I2S 控制器，支持硬件级蓝牙音频（LE Audio）同步及 APLL 高精度时钟源。

• LCD 与 Camera 管脚分配说明 —— 包含 DVP 摄像头、并行 RGB LCD 屏幕

  • ESP32-S31 的 LCD_CAM 控制器包含一个独立的 LCD 控制模块和 Camera（摄像头）控制模块。可以外接 LCD 和摄像头设备，功能灵活多样。

系统 Strapping/Boot 管脚

• 系统 Strapping/Boot 管脚分配说明 —— 芯片启动模式选择管脚定义

JTAG 调试管脚

• JTAG 调试管脚分配说明 —— 用于连接外部专业的硬件调试器进行极速仿真。

  • ESP32-S31 芯片内部集成了两个独立的 JTAG 调试物理源：一个内置的 USB Serial/JTAG 调试器，以及一个标准的外部物理 JTAG 接口。

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UART 管脚分配说明

1. UART0 管脚分配

• UART0 是系统默认的调试终端与固件烧录接口。在系统复位启动和上电自检期间，芯片将强制通过该接口输出 Boot Log。

2. UART1 ~ UART3 管脚分配

• UART1 ~ UART3 的所有信号线均支持通过 GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 GPIO。

3. LP UART 管脚分配

• LP UART 的所有信号线均支持通过 LP GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 LP GPIO 。同时， LP UART 也支持使用 LP IO MUX 管脚进行分配。

  • LP UART IO MUX 管脚分配

  UART 信号名称	LP IO 名称	GPIO 交换矩阵特性
  LP_UART_DTRN_PAD	LP_GPIO2	支持
  LP_UART_DTSN_PAD	LP_GPIO3	支持
  LP_UART_RTSN_PAD	LP_GPIO4	支持
  LP_UART_CTSN_PAD	LP_GPIO5	支持
  LP_UART_TXD_PAD	LP_GPIO6	支持
  LP_UART_RXD_PAD	LP_GPIO7	支持

[!NOTE]

• 在硬件布线较长、高速传输（如 3 Mbps）或存在高频干扰的场景中，建议尽量缩短走线，并加入阻抗匹配，以保障串口通信的绝对稳定性。

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I2C 管脚分配说明

1. HP I2C 管脚分配

• HP I2C 的所有信号线均支持通过 GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 GPIO。

2. LP I2C 管脚分配

• LP I2C 的所有信号线均支持通过 LP GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 LP GPIO 。

• 同时， LP I2C 也支持使用 LP IO MUX 管脚进行分配。LP I2C IO MUX 管脚分配 :

  信号名称	LP IO MUX 管脚	LP GPIO 交换矩阵特性	方向	功能描述
  LP_I2C_SDA	LP_GPIO7	支持	输入/输出	I2C 数据信号线，需外接 2.2 kΩ ~ 4.7 kΩ 上拉电阻
  LP_I2C_SCL	LP_GPIO6	支持	输入/输出	I2C 时钟信号线，需外接 2.2 kΩ ~ 4.7 kΩ 上拉电阻

[!NOTE]

• I2C 属于漏极开路（Open-Drain）总线，在 PCB 走线上必须正确接入上拉电阻（通常为 2.2 kΩ 至 4.7 kΩ，连接至 3.3V），否则将导致总线传输超时及发生非预期的 NACK 错误。

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SPI 管脚分配说明

1. SPI0/1 Flash 管脚分配

[!NOTE]

• SPI0 和 SPI1 接口预留给 Flash 使用，用户无法使用。

2. SPI2 管脚分配

通用 SPI2 支持通过 GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 GPIO。 同时通用 SPI2 也支持通过 IO MUX 特性分配管脚以获取高速支持。

• HP SPI2 IO MUX 管脚分配

  • 1-bit HP SPI2 IO MUX 管脚分配

    SPI 信号脚	GPIO	GPIO 交换矩阵特性	方向	功能描述
    SPI2_CLK	GPIO20 或 GPIO53	支持	输出	SPI 串行时钟线
    SPI2_D0	GPIO21 或 GPIO54	支持	输入/输出	SPI 数据线 0 (MOSI)
    SPI2_D1	GPIO22 或 GPIO55	支持	输入/输出	SPI 数据线 1 (MISO)
    SPI2_CS	GPIO23 或 GPIO52	支持	输出（Master）/输入（Slave）	SPI 片选信号 (CS)
    SPI2_WP	GPIO24 或 GPIO56	支持	输入/输出	Quad SPI 数据线 D3（传统 HOLD）
    SPI2_HD	GPIO25 或 GPIO57	支持	输入/输出	Quad SPI 数据线 D2（传统 WP）

  • 8-bit HP SPI2 IO MUX 管脚分配

    SPI 信号脚	GPIO	GPIO 交换矩阵特性	方向	功能描述
    SPI2_CLK	GPIO12	支持	输出	SPI/OPI 时钟信号
    SPI2_CS	GPIO10	支持	输出	SPI 片选信号 (CS)
    SPI2_D0	GPIO11	支持	输入/输出	SPI 数据线 0 (MOSI)
    SPI2_D1	GPIO13	支持	输入/输出	SPI 数据线 1 (MISO)
    SPI2_D2	GPIO14	支持	输入/输出	SPI2 数据线 2（Quad 模式）
    SPI2_D3	GPIO9	支持	输入/输出	SPI2 数据线 3（Quad 模式）
    SPI2_D4	GPIO15	支持	输入/输出	SPI2 数据线 4（Octal 模式）
    SPI2_D5	GPIO16	支持	输入/输出	SPI2 数据线 5（Octal 模式）
    SPI2_D6	GPIO17	支持	输入/输出	SPI2 数据线 6（Octal 模式）
    SPI2_D7	GPIO18	支持	输入/输出	SPI2 数据线 7（Octal 模式）
    SPI2_DQS	GPIO19	支持	输入	SPI2 高速 DDR/OPI 模式下的数据选通信号（Data Strobe），用于接收端同步采样数据

3. LP SPI 管脚分配

• ESP32-S31 的 LP SPI 支持通过 LP GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 LP GPIO ，同时 LP SPI 也支持通过 IO MUX 特性分配管脚。

  LP SPI IO MUX 管脚分配

  信号名称	推荐管脚	LP GPIO 交换矩阵特性	方向	功能描述
  LP_SPI_CLK	LP_GPIO2	支持	输出	SPI 串行时钟线
  LP_SPI_CS	LP_GPIO3	支持	输入/输出	SPI 片选信号 (CS)
  LP_SPI_D	LP_GPIO4	支持	输入/输出	SPI 数据线 0 (MOSI)
  LP_SPI_Q	LP_GPIO5	支持	输入/输出	SPI 数据线 1 (MISO)

4. 屏显控制 SPI 推荐管脚

如果您的开发板配备了液晶显示屏，其串行控制线通常使用以下管脚：

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SDIO 管脚分配说明

ESP32-S31 的 SDIO 主机控制器的卡 1 可以通过 IO MUX 使用 GPIO20 ~ GPIO25，卡 2 可以通过 IO MUX 使用 GPIO35 ~ GPIO40 。 不支持 GPIO 交换矩阵特性。

• SDIO 卡 1 IO MUX 管脚分配

• SDIO 卡 2 IO MUX 管脚分配

[!NOTE]

• SDIO 3.0 支持更高的时钟频率，因此高速模式下对 PCB 差分布线和等长控制有较严格的要求，同时数据线上通常需要并联 10 kΩ 左右的上拉电阻以防止传输时产生毛刺或丢包。

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USB 管脚分配说明

1. USB 2.0 HS OTG 管脚分配说明

USB OTG 模块集成了内置的高速 USB 2.0 PHY，仅支持专用引脚直连 USB Type-A 或 Type-C 物理接口，不支持 GPIO 交换矩阵特性。

2. USB Serial/JTAG 管脚分配说明

USB 串口与 JTAG 调试器使用特定的 IO MUX 引脚，不支持 GPIO 交换矩阵特性。

[!NOTE]

• USB_D+ (GPIO34) 和 USB_D- (GPIO33) 是内置 USB Serial/JTAG 专用的 IO MUX 管脚。使用该调试接口时，不可将这两个管脚同时用于其他外设。

以太网管脚分配说明

ESP32-S31 的以太网引脚智能使用专用的高速 IO MUX 管脚进行配置，不支持 GPIO 交换矩阵特性。用户只能在以下两个选项组中择一使用，不可混用。

[!NOTE]

• 相比于高度敏感的高速差分时钟与数据线，以太网物理控制接口 MDIO（以太网控制器管理接口）的信号时钟较低，支持通过 GPIO 交换矩阵重映射到任意通用 GPIO 引脚。

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TWAI 管脚分配说明

ESP32-S31 的 TWAI 接口所有信号线均支持通过 GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 GPIO。

[!NOTE]

• TWAI 芯片本身不集成差分物理收发器，因此必须在外围电路设计中外接标准的 CAN 物理收发芯片（例如 TJA1050 或 SN65HVD230），方可连入真实的差分双线物理 CAN 总线网段。

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RMT 管脚分配说明

RMT 的所有通道信号线均支持通过 GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 GPIO 。

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LED PWM 管脚分配说明

LEDC PWM 所有通道信号线均支持通过 GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 GPIO 。

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MCPWM 管脚分配说明

ESP32-S31 的 MCPWM 引脚支持通过 GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 GPIO 。

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ADC 管脚分配说明

ESP32-S31 ADC 的所有输入引脚都只能通过 IO MUX 管脚进行配置，不支持 GPIO 交换矩阵特性。

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DAC 管脚分配说明

ESP32-S31 的 DAC 的所有模拟信号引脚只能通过 IO MUX 管脚进行配置，不支持 GPIO 交换矩阵特性。

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Touch 触摸管脚分配说明

• ESP32-S31 的触摸传感器接口与 GPIO2 ~ GPIO15 、LP_GPIO2 ~ LP_GPIO15 、LP_UART 接口和 SPI2 的一组四线接口管脚复用。配置模拟功能生效时，与其复用的数字功能无效。
• ESP32-S31 的触摸传感器接口只能通过 IO MUX 管脚进行配置，不支持 GPIO 交换矩阵特性。

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I2S 管脚分配说明

ESP32-S31 的I2S 引脚支持通过 GPIO 交换矩阵特性重映射到任意空闲的 GPIO 。

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LCD-Camera-管脚分配说明

ESP32-S31 的 Camera-LCD 控制器的 CAM 和 LCD 接口通过 GPIO 交换矩阵可配置使用任意空闲 GPIO 管脚。同时 LCD 与 Camera 控制器管脚也支持使用 IO MUX 管脚进行分配。

1. DVP 摄像头 (8-bit 并行 DVP) IO MUX 管脚分配

2. 16-bit 并行 RGB LCD 屏 IO MUX 管脚分配

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系统-Strapping/Boot-管脚分配说明

芯片在上电复位期间，系统会根据以下特定 Strapping 管脚的电平值来判定芯片的启动模式。请勿在这些引脚上挂载会改变其初始电平的外部器件。

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JTAG 调试管脚分配说明

1. 内置 USB Serial/JTAG 调试引脚

• 通过内置的 USB 物理收发器，开发者只需使用一根 USB 线直连芯片引脚，即可实现全速 JTAG 下载与软硬件在线调试，无需任何外部调试器（如 J-Link 或 ESP-Prog）。
• USB-JTAG 调试管脚必须严格通过 IO MUX 调用，不支持通过 GPIO 交换矩阵重映射：

2. 外部物理 JTAG 引脚 (IO MUX)

• 如果需要连接外部专业的硬件调试器进行极速仿真，ESP32-S31 也提供了底层的物理 JTAG 硬绑定引脚。
• JTAG 外部物理调试引脚与 ADC2 和 SPI2 的部分引脚复用，必须严格通过 IO MUX 配置，不支持通过 GPIO 交换矩阵重映射：

3. JTAG 调试通路选择与控制机制

内置 USB Serial/JTAG 调试引脚与外部物理 JTAG 引脚的切换由 Strapping 管脚 GPIO37 在系统上电复位瞬间（RST）的初始电平状态，以及芯片的 EFUSE_DIS_PAD_JTAG、EFUSE_DIS_USB_JTAG、EFUSE_JTAG_SEL_ENABLE eFuse 熔丝共同控制：

• EFUSE_DIS_PAD_JTAG 为 1 时，禁用外部物理 JTAG 控制器

• EFUSE_DIS_USB_JTAG 为 1 时，禁用内置 USB Serial/JTAG 控制器

• EFUSE_JTAG_SEL_ENABLE 为 1 时，由 GPIO37 电平状态切换 JTAG 调试管脚

启用内置 USB Serial/JTAG 控制器的配置方式：

• EFUSE_DIS_PAD_JTAG、EFUSE_DIS_USB_JTAG、EFUSE_JTAG_SEL_ENABLE 都为 0 时， GPIO37 电平状态被忽略，这是芯片出厂默认状态。
• EFUSE_DIS_PAD_JTAG、EFUSE_DIS_USB_JTAG 都为 0 , EFUSE_JTAG_SEL_ENABLE 为 1 时，且 GPIO37 电平状态为高电平（1）

启用外部物理 JTAG 引脚控制器的配置方式：

• EFUSE_DIS_PAD_JTAG、EFUSE_DIS_USB_JTAG 都为 0 , EFUSE_JTAG_SEL_ENABLE 为 1 时，且 GPIO37 电平状态为低电平（0）

启用内置 USB Serial/JTAG 控制器；同时禁用外部物理 JTAG 引脚控制器的配置方式：

• EFUSE_DIS_PAD_JTAG 为 1 ，EFUSE_DIS_USB_JTAG 为 0 时, EFUSE_JTAG_SEL_ENABLE 和 GPIO37 电平状态忽略

启用外部物理 JTAG 引脚控制器，同时禁用内置 USB Serial/JTAG 控制器的配置方式：

• EFUSE_DIS_PAD_JTAG 为 0 ，EFUSE_DIS_USB_JTAG 为 1 时, EFUSE_JTAG_SEL_ENABLE 和 GPIO37 电平状态忽略

禁用内置 USB Serial/JTAG 控制器；同时禁用外部物理 JTAG 引脚控制器的配置方式：

• EFUSE_DIS_PAD_JTAG 为 1 ，EFUSE_DIS_USB_JTAG 为 1 时, EFUSE_JTAG_SEL_ENABLE 和 GPIO37 电平状态忽略

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全局物理 GPIO 及功能分配表

下表提供了各管脚的详细信息，部分 GPIO 具有特殊的使用限制，具体可参考表中的注释与限制说明。

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