硬件-ESP32S模块资料介绍
1、产品概述
ESP-32S WiFi 模块是由安信可科技自主设计研发，该模块核心处理器 ESP32提供了一套完整的802.11 b/g/n/e/i 无线局域网（WLAN）和蓝牙4.2解决方案，具有最小物理尺寸。此款芯片专为低功耗和移动消费电子设备、可穿戴和物联网设备而设计，片上集成了WLAN和蓝牙的所有功能，具有低成本、布局好的特点。ESP32同时提供了一个开放的平台，支持用户灵活地自定义功能，用于不同的应用场景。
ESP32 功能块图
ESP32是一款WiFi和蓝牙系统级芯片（SoC），具有行业领先的射频性能、低功耗和高度集成的优势。ESP32集成了完整的发射/接收射频功能，包括天线开关，射频balun，功率放大器，低噪放大器，过滤器，电源管理模块和先进的自校准电路。自校准电路实现了动态自动调整以消除外部电路的缺陷。ESP32带有2个32位、LX6 CPU,主频高达240MHz，采用7级流水线架构。ESP32还集成了丰富的模拟传感和数字接口。
ESP32的超低功耗射频架构和拥有专利的省电技术延长了实际应用的电池续航时间。
ESP32完全符合WiFi 802.11b/g/n/e/i和蓝牙4.2的标准，集成了WiFi/蓝牙/BLE射频和低功耗技术，并且支持开放性的实时操作系统RTOS。ESP32所集成的调整缓存帮助提高系统性能并且优化系统存储。灵活的RAM/ROM划分架构则允许用户自定义以满足特殊要求和使用情况。
ESP32可作为独立应用程序或是主机MCU的从设备。作为从设备，ESP32通过SPI/SDIO或I2C/UART接口提供WiFi和蓝牙功能。
2、产品特点
2.1 WiFi.1 WiFi
• 802.11 b/g/n/e/i
• 802.11 n（2.4 GHz），速度高达150 Mbps
• 802.11 e：QoS 机制实现无线多媒体技术
• WMM-PS, UAPSD
• A-MPDU 和A-MSDU 帧聚合技术
• 块回复
• 分片和重组
• Beacon 自动监测／扫描
• 802.11 i 安全特性：预认证和TSN
• 支持WPA ／ WPA2 ／ WPA2-Enterprise ／ WPS 加密
• 基础结构型网络（Infrastructure BSS）Station 模式／ SoftAP 模式
• Wi-Fi Direct（P2P）、P2P 发现、P2P GO 模式和P2P 电源管理
• UMA 兼容和认证
• 天线分集与选择
2.2 蓝牙2 蓝牙
• 蓝牙v4.2 完整标准，包含传统蓝牙（BR/EDR）和低功耗蓝牙（BLE）
• 支持标准Class-1、Class-2 和Class-3，且无需外部功率放大器
• 加强的精准功率控制
• 输出功率高达＋ 10 dBm
• NZIF 接收器具有-98 dBm 的BLE 接收灵敏度
• 自适应跳频（AFH）
• 基于SDIO ／ SPI ／ UART 接口的标准HCI
• 速度高达4 Mbps 的高速UART HCI
• 支持BT 4.2 controller 和host 协议栈
• 服务发现协议（SDP）
• 通用访问应用（GAP）
• 安全管理协议（SMP）
• 低功耗蓝牙
• ATT ／ GATT
• HID
• 可支持所有基于GATT 的低功耗蓝牙应用
• SPP-Like 低功耗蓝牙数据透传协议
• BLE Beacon
• A2DP ／ AVRCP ／ SPP, HSP ／ HFP, RFCOMM
• CVSD 和SBC 音频编解码算法
• 蓝牙微微网（Piconet）和散射网（Scatternet）
2.3 CPU和存储
• Xtensa® 32-bit LX6 双核处理器，运算能力高达 600 DMIPS
• 448 KByte ROM
• 520 KByte SRAM
• RTC 中 16 KByte SRAM
• QSPI 最多可连接 4 个 Flash ／ SRAM，每个 Flash 最大为 16 MBytes
• 供电电压： 2.2V 到 3.6V
2.4 时钟和定时器
• 内置 8 MHz 振荡器，支持自校准
• 内置 RC 振荡器，支持自校准
• 支持外置 2 MHz 至 40 MHz 的晶振
• 支持外置 32 kHz 晶振，用于 RTC，支持自校准
• 2 个定时器群组，每组包括 2 个 64-bit 通用定时器和 1 个主系统看门狗
• 具有次秒级精度的 RTC 定时器
• RTC 看门狗
2.5 外设接口
• 12-bit SAR ADC，多达 18 个通道
• 2 个 8-bit D/A 转换器
• 10 个触摸传感器
• 温度传感器
• 4 个 SPI
• 2 个 I2S
• 2 个 I2C
• 3 个 UART
• 1 个 Host SD ／ eMMC ／ SDIO
• 1 个 Slave SDIO ／ SPI
• 带有专用 DMA 的以太网 MAC 接口，支持 IEEE 1588
• CAN 2.0
• IR（TX ／ RX）
• 电机 PWM
• LED PWM，多达 16 个通道
• 霍尔传感器
• 超低功耗前置模拟放大器
2.6 安全机制.6 安全机制
• 支持所有 IEEE 802.11 的安全特性，包括 WFA、 WPA ／ WPA2 和 WAPI
• 安全启动
• Flash 加密
• 1024-bit OTP，用户可用的高达 768 bits
• 加密硬件加速器：
– AES
– HASH（SHA-2）库
– RSA
– ECC
– 随机数生成器（RNG）
2.7 应用
• 通用低功耗 IoT 传感器 Hub
• 通用低功耗 IoT 记录器
• 相机的视频流传输
• OTT 电视盒／机顶盒设备
• 音乐播放器
– 网络音乐播放器
– 音频流媒体设备
• Wi-Fi 玩具
– 计数器
– 玩具防丢器
• Wi-Fi 语音识别设备
• 耳麦
• 智能插座
• 家庭自动化
• Mesh 网络
• 工业无线控制
• 婴儿监控器
• 可穿戴电子产品
• Wi-Fi 位置感知设备
• 安全 ID 标签
• 健康医疗
– 运动监测和防丢报警器
– 温度记录仪
3、ESP-32S模块主要参数
3.1 参数表
| 类别 |
参数 |
说明 |
| 无线参数 |
标准认证 |
FCC/CE/TELEC |
| 无线标准 |
802.11 b/g/n/e/i 蓝牙4.2（BR/EDR/BLE） |
|
| 频率范围 |
2.4GHz-2.5GHz (2400M-2483.5M) |
|
| 硬件参数 |
数据接口 |
UART/SPI/I2C/I2S/IR/CAN |
| GPIO/PWM |
||
| 工作电压 |
3.0~3.6V |
|
| 工作电流 |
平均值： 90mA |
|
| 工作温度 |
-40°~125° |
|
| 存储温度 |
常温 |
|
| 封装大小 |
18mm*25.50mm*3mm |
|
| 外部接口 |
N/A |
|
| 软件参数 |
无线网络模式 |
station/softAP/SoftAP+station |
| 安全机制 |
WFA、WPA/WPA2,WAPI |
|
| 加密类型 |
WEP/TKIP/AES |
|
| 升级固件 |
本地串口烧录 / 云端升级 / 主机下载烧录 |
|
| 软件开发 |
支持客户自定义服务器 提供 SDK 给客户二次开发 |
|
| 网络协议 |
IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP |
|
| 用户配置 |
AT+ 指令集, 云端服务器, Android/iOS APP
|
3.2 接口定义
ESP-32S 管脚功能定义
| 名称 | 序号 | 功能 |
| GND | 1 | 接地 |
| 3V3 | 2 | 供电 |
| EN | 3 | 使能芯片，高电平有效。 |
| SENSOR_VP | 4 | GPI36, SENSOR_VP, ADC_H, ADC1_CH0, RTC_GPIO0 |
| SENSOR_VN | 5 | GPI39, SENSOR_VN, ADC1_CH3, ADC_H, RTC_GPIO3 |
| IO34 | 6 | GPI34, ADC1_CH6, RTC_GPIO4 |
| IO35 | 7 | GPI35, ADC1_CH7, RTC_GPIO5 |
| IO32 | 8 | GPIO32, XTAL_32K_P (32.768 kHz crystal oscillator input), ADC1_CH4, TOUCH9, RTC_GPIO9 |
| IO33 | 9 | GPIO33, XTAL_32K_N (32.768 kHz crystal oscillator output), ADC1_CH5, TOUCH8, RTC_GPIO8 |
| IO25 | 10 | GPIO25, DAC_1, ADC2_CH8, RTC_GPIO6, EMAC_RXD0 |
| IO26 | 11 | GPIO26, DAC_2, ADC2_CH9, RTC_GPIO7, EMAC_RXD1 |
| IO27 | 12 | GPIO27, ADC2_CH7, TOUCH7, RTC_GPIO17, EMAC_RX_DV |
| IO14 | 13 | GPIO14, ADC2_CH6, TOUCH6, RTC_GPIO16, MTMS, HSPICLK, HS2_CLK, SD_CLK, EMAC_TXD2 |
| IO12 | 14 | GPIO12, ADC2_CH5, TOUCH5, RTC_GPIO15, MTDI, HSPIQ, HS2_DATA2, SD_DATA2, EMAC_TXD3 |
| GND | 15 | 接地 |
| IO13 | 16 | GPIO13, ADC2_CH4, TOUCH4, RTC_GPIO14, MTCK, HSPID, HS2_DATA3, SD_DATA3, EMAC_RX_ER |
| SHD/SD2 | 17 | GPIO9, SD_DATA2, SPIHD, HS1_DATA2, U1RXD |
| SWP/SD3 | 18 | GPIO10, SD_DATA3, SPIWP, HS1_DATA3, U1TXD |
| SCS/CMD | 19 | GPIO11, SD_CMD, SPICS0, HS1_CMD, U1RTS |
| SCK/CLK | 20 | GPIO6, SD_CLK, SPICLK, HS1_CLK, U1CTS |
| SDO/SD0 | 21 | GPIO7, SD_DATA0, SPIQ, HS1_DATA0, U2RTS |
| SDI/SD1 | 22 | GPIO8, SD_DATA1, SPID, HS1_DATA1, U2CTS |
| IO15 | 23 | GPIO15, ADC2_CH3, TOUCH3, MTDO, HSPICS0, RTC_GPIO13, HS2_CMD, SD_CMD, EMAC_RXD3 |
| IO2 | 24 | GPIO2, ADC2_CH2, TOUCH2, RTC_GPIO12, HSPIWP, HS2_DATA0, SD_DATA0 |
| IO0 | 25 | GPIO0, ADC2_CH1, TOUCH1, RTC_GPIO11, CLK_OUT1, EMAC_TX_CLK |
| IO4 | 26 | GPIO4, ADC2_CH0, TOUCH0, RTC_GPIO10, HSPIHD, HS2_DATA1, SD_DATA1, EMAC_TX_ER |
| IO16 | 27 | GPIO16, HS1_DATA4, U2RXD, EMAC_CLK_OUT |
| IO17 | 28 | GPIO17, HS1_DATA5, U2TXD, EMAC_CLK_OUT_180 |
| IO5 | 29 | GPIO5, VSPICS0, HS1_DATA6, EMAC_RX_CLK |
| IO18 | 30 | GPIO18, VSPICLK, HS1_DATA7 |
| IO19 | 31 | GPIO19, VSPIQ, U0CTS, EMAC_TXD0 |
| NC | 32 | - |
| IO21 | 33 | GPIO21, VSPIHD, EMAC_TX_EN |
| RXD0 | 34 | GPIO3, U0RXD, CLK_OUT2 |
| TXD0 | 35 | GPIO1, U0TXD, CLK_OUT3, EMAC_RXD2 |
| IO22 | 36 | GPIO22, VSPIWP, U0RTS, EMAC_TXD1 |
| IO23 | 37 | GPIO23, VSPID, HS1_STROBE |
| GND | 38 | 接地 |
ESP-32S 启动模式配置
| 管脚 |
默认 |
SPI启动模式 |
下载启动模式 |
| GPIO0 |
上拉 |
1 |
0 |
| GPIO2 |
下拉 |
无关项 |
0 |
3.3 外形与尺寸
ESP-32S模组的外观尺寸为 18mm*25.50mm*（2.8 ± 0.1）mm（如图所示）。模组采用的是容量为 4MB，封装为WSOP-8 的 SPI Flash。模组使用的是3DBi的PCB 板载天线。
ESP-32S 最小系统电路
| 长 | 宽 | 高 | PAD尺寸（底部） | 管脚间距 | 屏蔽盖高度 | PCB厚度 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 18 mm | 25.5 mm | 2.8 ± 0.1 mm | 0.45 mm x 0.9 mm | 1.27 mm | 2 mm | 0.8 ± 0.1 m |
4、ESP-32S功能描述
ESP32 搭载低功耗 Xtensa® LX6 32-bit 双核处理器，具有以下特性：
4.1 CPU1 CPU
• 7 级流水线架构，支持高达 240 MHz 的时钟频率
• 16-bit ／ 24-bit 指令集提高代码密度
• 支持浮点单元（FPU）
• 支持 DSP 指令，例如 32-bit 放大器、 32-bit 除法器和 40-bit 累加乘法器（MAC）
• 支持来自约 70 个中断源的 32 个中断向量
双核处理器接口包括：
• Xtensa RAM ／ ROM 指令和数据接口
• 用于快速访问外部寄存器的 Xtensa 本地存储接口
• 具有内外中断源的中断
• 用于调试的 JTAG 接口
4.2 片上存储 片上存储
ESP32 片上存储包括：
• 448 KBytes 的 ROM，用于程序启动和内核功能调用
• 用于数据和指令存储的 520 KBytes 片上 SRAM
• RTC 中 8 KBytes 的 SRAM，即 RTC 慢速存储器，可以在 Deep-sleep 模式下被协处理器访问
• RTC 中 8 kBytes 的 SRAM，即 RTC 快速存储器，可以在 Deep-sleep 模式下 RTC 启动时用于数据存储以及被主 CPU 访问
• 1 kbit 的 EFUSE，其中 256 bits 为系统专用（MAC 地址和芯片设置）；其余 768 bits 保留给用户应用，这些应用包括 Flash 加密和芯片 ID
4.3 外部Flash和SRAM
ESP32 最多支持 4 个 16 MBytes 的外部 QSPI Flash 和静态随机存储器（SRAM），具有基于 AES 的硬件加密功能，从而保护开发者的程序和数据。
ESP32 通过高速缓存访问外部 QSPI Flash 和 SRAM：
• 高达 16 MBytes 的外部 Flash 映射到 CPU 代码空间，支持 8-bit、 16-bit 和 32-bit 访问，并可执行代码。
• 高达 8 MBytes 的外部 Flash 和 SRAM 映射到 CPU 数据空间，支持 8-bit、 16-bit 和 32-bit 访问。Flash 仅支持读操作， SRAM 可支持读写操作。
4.4 最大额定值
| 额定值 |
条件 |
值 |
单位 |
| 存储温度 |
-40 to 125 |
℃ |
|
| 最大焊接温度 |
260 |
℃ |
|
| 供电压 |
IPC/JEDEC J-STD-020 |
+2.8to +3.6 |
V |
4.5 建议工作环境4.5 建
| 工作环境 |
名称 |
最小值 |
典型值 |
最大值 |
单位 |
| 工作温度 |
-40 |
20 |
125 |
℃ |
|
| 供电电压 |
VDD |
2.8 |
3.3 |
3.6 |
V |
4.6 数字端口特征
| 端口 |
典型值 |
最小值 |
典型值 |
最大值 |
单位 |
| 输入逻辑电平低 |
VIL |
0 |
0.3VDD |
V |
|
| 输入逻辑电平高 |
VIH |
0.7VDD |
VDD |
V |
|
| 输出逻辑电平低 |
VOL |
N |
0.1VDD |
V |
|
| 输出逻辑电平高 |
VOH |
0.8VDD |
N |
V |