1、產品概述
ESP-32S WiFi 模塊是由安信可科技自主設計研發，該模塊核心處理器 ESP32提供了一套完整的802.11 b/g/n/e/i 無線局域網（WLAN）和藍牙4.2解決方案，具有最小物理尺寸。此款芯片專為低功耗和移動消費電子設備、可穿戴和物聯網設備而設計，片上集成了WLAN和藍牙的所有功能，具有低成本、布局好的特點。ESP32同時提供了一個開放的平台，支持用戶靈活地自定義功能，用於不同的應用場景。
ESP32 功能塊圖
ESP32是一款WiFi和藍牙系統級芯片（SoC），具有行業領先的射頻性能、低功耗和高度集成的優勢。ESP32集成了完整的發射/接收射頻功能，包括天線開關，射頻balun，功率放大器，低噪放大器，過濾器，電源管理模塊和先進的自校准電路。自校准電路實現了動態自動調整以消除外部電路的缺陷。ESP32帶有2個32位、LX6 CPU,主頻高達240MHz，采用7級流水線架構。ESP32還集成了豐富的模擬傳感和數字接口。
ESP32的超低功耗射頻架構和擁有專利的省電技術延長了實際應用的電池續航時間。
ESP32完全符合WiFi 802.11b/g/n/e/i和藍牙4.2的標准，集成了WiFi/藍牙/BLE射頻和低功耗技術，並且支持開放性的實時操作系統RTOS。ESP32所集成的調整緩存幫助提高系統性能並且優化系統存儲。靈活的RAM/ROM划分架構則允許用戶自定義以滿足特殊要求和使用情況。
ESP32可作為獨立應用程序或是主機MCU的從設備。作為從設備，ESP32通過SPI/SDIO或I2C/UART接口提供WiFi和藍牙功能。
2、產品特點
2.1 WiFi.1 WiFi
• 802.11 b/g/n/e/i
• 802.11 n（2.4 GHz），速度高達150 Mbps
• 802.11 e：QoS 機制實現無線多媒體技術
• WMM-PS, UAPSD
• A-MPDU 和A-MSDU 幀聚合技術
• 塊回復
• 分片和重組
• Beacon 自動監測／掃描
• 802.11 i 安全特性：預認證和TSN
• 支持WPA ／ WPA2 ／ WPA2-Enterprise ／ WPS 加密
• 基礎結構型網絡（Infrastructure BSS）Station 模式／ SoftAP 模式
• Wi-Fi Direct（P2P）、P2P 發現、P2P GO 模式和P2P 電源管理
• UMA 兼容和認證
• 天線分集與選擇
2.2 藍牙2 藍牙
• 藍牙v4.2 完整標准，包含傳統藍牙（BR/EDR）和低功耗藍牙（BLE）
• 支持標准Class-1、Class-2 和Class-3，且無需外部功率放大器
• 加強的精准功率控制
• 輸出功率高達＋ 10 dBm
• NZIF 接收器具有-98 dBm 的BLE 接收靈敏度
• 自適應跳頻（AFH）
• 基於SDIO ／ SPI ／ UART 接口的標准HCI
• 速度高達4 Mbps 的高速UART HCI
• 支持BT 4.2 controller 和host 協議棧
• 服務發現協議（SDP）
• 通用訪問應用（GAP）
• 安全管理協議（SMP）
• 低功耗藍牙
• ATT ／ GATT
• HID
• 可支持所有基於GATT 的低功耗藍牙應用
• SPP-Like 低功耗藍牙數據透傳協議
• BLE Beacon
• A2DP ／ AVRCP ／ SPP, HSP ／ HFP, RFCOMM
• CVSD 和SBC 音頻編解碼算法
• 藍牙微微網（Piconet）和散射網（Scatternet）
2.3 CPU和存儲
• Xtensa® 32-bit LX6 雙核處理器，運算能力高達 600 DMIPS
• 448 KByte ROM
• 520 KByte SRAM
• RTC 中 16 KByte SRAM
• QSPI 最多可連接 4 個 Flash ／ SRAM，每個 Flash 最大為 16 MBytes
• 供電電壓： 2.2V 到 3.6V
2.4 時鍾和定時器
• 內置 8 MHz 振盪器，支持自校准
• 內置 RC 振盪器，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，用於 RTC，支持自校准
• 2 個定時器群組，每組包括 2 個 64-bit 通用定時器和 1 個主系統看門狗
• 具有次秒級精度的 RTC 定時器
• RTC 看門狗
2.5 外設接口
• 12-bit SAR ADC，多達 18 個通道
• 2 個 8-bit D/A 轉換器
• 10 個觸摸傳感器
• 溫度傳感器
• 4 個 SPI
• 2 個 I2S
• 2 個 I2C
• 3 個 UART
• 1 個 Host SD ／ eMMC ／ SDIO
• 1 個 Slave SDIO ／ SPI
• 帶有專用 DMA 的以太網 MAC 接口，支持 IEEE 1588
• CAN 2.0
• IR（TX ／ RX）
• 電機 PWM
• LED PWM，多達 16 個通道
• 霍爾傳感器
• 超低功耗前置模擬放大器
2.6 安全機制.6 安全機制
• 支持所有 IEEE 802.11 的安全特性，包括 WFA、 WPA ／ WPA2 和 WAPI
• 安全啟動
• Flash 加密
• 1024-bit OTP，用戶可用的高達 768 bits
• 加密硬件加速器：
– AES
– HASH（SHA-2）庫
– RSA
– ECC
– 隨機數生成器（RNG）
2.7 應用
• 通用低功耗 IoT 傳感器 Hub
• 通用低功耗 IoT 記錄器
• 相機的視頻流傳輸
• OTT 電視盒／機頂盒設備
• 音樂播放器
– 網絡音樂播放器
– 音頻流媒體設備
• Wi-Fi 玩具
– 計數器
– 玩具防丟器
• Wi-Fi 語音識別設備
• 耳麥
• 智能插座
• 家庭自動化
• Mesh 網絡
• 工業無線控制
• 嬰兒監控器
• 可穿戴電子產品
• Wi-Fi 位置感知設備
• 安全 ID 標簽
• 健康醫療
– 運動監測和防丟報警器
– 溫度記錄儀
3、ESP-32S模塊主要參數
3.1 參數表
| 類別 |
參數 |
說明 |
| 無線參數 |
標准認證 |
FCC/CE/TELEC |
| 無線標准 |
802.11 b/g/n/e/i 藍牙4.2（BR/EDR/BLE） |
|
| 頻率范圍 |
2.4GHz-2.5GHz (2400M-2483.5M) |
|
| 硬件參數 |
數據接口 |
UART/SPI/I2C/I2S/IR/CAN |
| GPIO/PWM |
||
| 工作電壓 |
3.0~3.6V |
|
| 工作電流 |
平均值： 90mA |
|
| 工作溫度 |
-40°~125° |
|
| 存儲溫度 |
常溫 |
|
| 封裝大小 |
18mm*25.50mm*3mm
|
|
| 外部接口 |
N/A |
|
| 軟件參數 |
無線網絡模式 |
station/softAP/SoftAP+station |
| 安全機制 |
WFA、WPA/WPA2,WAPI |
|
| 加密類型 |
WEP/TKIP/AES |
|
| 升級固件 |
本地串口燒錄 / 雲端升級 / 主機下載燒錄 |
|
| 軟件開發 |
支持客戶自定義服務器 提供 SDK 給客戶二次開發 |
|
| 網絡協議 |
IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP |
|
| 用戶配置 |
AT+ 指令集, 雲端服務器, Android/iOS APP
|
3.2 接口定義
ESP-32S 管腳功能定義
| 名稱 | 序號 | 功能 |
| GND | 1 | 接地 |
| 3V3 | 2 | 供電 |
| EN | 3 | 使能芯片，高電平有效。 |
| 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 啟動模式配置
| 管腳 |
默認 |
SPI啟動模式 |
下載啟動模式 |
| GPIO0 |
上拉 |
1 |
0 |
| GPIO2 |
下拉 |
無關項 |
0 |
3.3 外形與尺寸
ESP-32S模組的外觀尺寸為 18mm*25.50mm*（2.8 ± 0.1）mm（如圖所示）。模組采用的是容量為 4MB，封裝為WSOP-8 的 SPI Flash。模組使用的是3DBi的PCB 板載天線。
ESP-32S 最小系統電路
| 長 | 寬 | 高 | PAD尺寸（底部） | 管腳間距 | 屏蔽蓋高度 | 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 搭載低功耗 Xtensa® LX6 32-bit 雙核處理器，具有以下特性：
4.1 CPU1 CPU
• 7 級流水線架構，支持高達 240 MHz 的時鍾頻率
• 16-bit ／ 24-bit 指令集提高代碼密度
• 支持浮點單元（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）
• 支持來自約 70 個中斷源的 32 個中斷向量
雙核處理器接口包括：
• Xtensa RAM ／ ROM 指令和數據接口
• 用於快速訪問外部寄存器的 Xtensa 本地存儲接口
• 具有內外中斷源的中斷
• 用於調試的 JTAG 接口
4.2 片上存儲 片上存儲
ESP32 片上存儲包括：
• 448 KBytes 的 ROM，用於程序啟動和內核功能調用
• 用於數據和指令存儲的 520 KBytes 片上 SRAM
• RTC 中 8 KBytes 的 SRAM，即 RTC 慢速存儲器，可以在 Deep-sleep 模式下被協處理器訪問
• RTC 中 8 kBytes 的 SRAM，即 RTC 快速存儲器，可以在 Deep-sleep 模式下 RTC 啟動時用於數據存儲以及被主 CPU 訪問
• 1 kbit 的 EFUSE，其中 256 bits 為系統專用（MAC 地址和芯片設置）；其余 768 bits 保留給用戶應用，這些應用包括 Flash 加密和芯片 ID
4.3 外部Flash和SRAM
ESP32 最多支持 4 個 16 MBytes 的外部 QSPI Flash 和靜態隨機存儲器（SRAM），具有基於 AES 的硬件加密功能，從而保護開發者的程序和數據。
ESP32 通過高速緩存訪問外部 QSPI Flash 和 SRAM：
• 高達 16 MBytes 的外部 Flash 映射到 CPU 代碼空間，支持 8-bit、 16-bit 和 32-bit 訪問，並可執行代碼。
• 高達 8 MBytes 的外部 Flash 和 SRAM 映射到 CPU 數據空間，支持 8-bit、 16-bit 和 32-bit 訪問。 Flash 僅支持讀操作， SRAM 可支持讀寫操作。
4.4 最大額定值
| 額定值 |
條件 |
值 |
單位 |
| 存儲溫度 |
-40 to 125 |
℃ |
|
| 最大焊接溫度 |
260 |
℃ |
|
| 供電壓 |
IPC/JEDEC J-STD-020 |
+2.8to +3.6 |
V |
4.5 建議工作環境4.5 建
| 工作環境 |
名稱 |
最小值 |
典型值 |
最大值 |
單位 |
| 工作溫度 |
-40 |
20 |
125 |
℃ |
|
| 供電電壓 |
VDD |
2.8 |
3.3 |
3.6 |
V |
4.6 數字端口特征
| 端口 |
典型值 |
最小值 |
典型值 |
最大值 |
單位 |
| 輸入邏輯電平低 |
VIL |
0 |
0.3VDD |
V |
|
| 輸入邏輯電平高 |
VIH |
0.7VDD |
VDD |
V |
|
| 輸出邏輯電平低 |
VOL |
N |
0.1VDD |
V |
|
| 輸出邏輯電平高 |
VOH |
0.8VDD |
N |
V |