ESP32 wifi和蓝牙MCU

2021年10月12日 - 0评论

ESP32 wifi和蓝牙MCU

ESP32 MCU Pinout

ESP32是一款采用台积电40nm超低功耗技术设计的2.4 GHz wi - fi -蓝牙组合芯片。它旨在实现最佳的电源和射频性能，在各种应用和电源场景中显示出健壮性、多功能性和可靠性。

ESP32微控制器Pinout配置

密码	销的名字	描述
1	VDDA	模拟电源(2.3 V ~ 3.6 V)
2	LNA_IN	射频输入输出
3.	VDD3P3	模拟电源(2.3 V ~ 3.6 V)
4	VDD3P3	模拟电源(2.3 V ~ 3.6 V)
5	SENSOR_VP	Gpio36, adc1_ch0, rtc_gpio0
6	SENSOR_CAPP	Gpio37 adc1_ch1 rtc_gpio1
7	SENSOR_CAPN	Gpio38 adc1_ch2 rtc_gpio2
8	SENSOR_VN	Gpio39 adc1_ch3 rtc_gpio3
9	CHIP_PU	高:;启用芯片低:;芯片断电注意:不要让CHIP_PU引脚漂浮。
10	VDET_1	Gpio34, adc1_ch6, rtc_gpio4
11	VDET_2	Gpio35, adc1_ch7, rtc_gpio5
12	32 k_xp	GPIO32, ADC1_CH4, RTC_GPIO9, TOUCH9, 32K_XP (32.768 kHz晶体振荡器输入)
13	32 k_xn	GPIO33, ADC1_CH5, RTC_GPIO8, TOUCH8, 32K_XN (32.768 kHz晶体振荡器输出)
14	GPIO25	Gpio25, adc2_ch8, rtc_gpio6, dac_1, emac_rxd0
15	GPIO26	Gpio26, adc2_ch9, rtc_gpio7, dac_2, emac_rxd1
16	GPIO27	Gpio27 adc2_ch7, rtc_gpio17, touch7, emac_rx_dv
17	mtm	Gpio14, adc2_ch6, rtc_gpio16, touch6, emac_txd2, hspickk, hs2_clk, sd_clk, MTMS
18	MTDI	Gpio12, adc2_ch5, rtc_gpio15, touch5, emac_txd3, hspiq, hs2_data2, sd_data2, mtdi
19	VDD3P3_RTC	RTC IO输入电源(2.3 V ~ 3.6 V)
20.	MTCK	Gpio13, adc2_ch4, rtc_gpio14, touch4, emac_rx_er, hspid, hs2_data3, sd_data3, MTCK
21	MTDO	Gpio15 adc2_ch3, rtc_gpio13, touch3, emac_rxd3, hspics0, hs2_cmd, sd_cmd, mtdo
22	GPIO2	Gpio2, adc2_ch2, rtc_gpio12, touch2, hspiwp, hs2_data0, sd_data0
23	GPIO0	adc2_ch1, rtc_gpio11, touch1, emac_tx_clk, clk_out1，
24	GPIO4	Gpio4, adc2_ch0, rtc_gpio10, touch0, emac_tx_er, hspihd, hs2_data1, sd_data1
25	GPIO16	Gpio16, hs1_data4, u2rxd, emac_clk_out
26	VDD_SDIO	输出电源:1.8 V或与VDD3P3_RTC相同电压
27	GPIO17	Gpio17, hs1_data5, u2txd, emac_clk_out_180
28	SD_DATA_2	Gpio9, hs1_data2, u1rxd, sd_data2, spihd
29	SD_DATA_3	Gpio10, hs1_data3, u1txd, sd_data3, spiwp
30.	SD_CMD	Gpio11, hs1_cmd, u1rts, sd_cmd, spics0
31	SD_CLK	Gpio6, hs1_clk, u1cts, sd_clk, spickk
32	SD_DATA_0	Gpio7, hs1_data0, u2rts, sd_data0, spiq
33	SD_DATA_1	Gpio8, hs1_data1, u2cts, sd_data1, spid
34	GPIO5	Gpio5, hs1_data6, vspics0, emac_rx_clk
35	GPIO18	Gpio18, hs1_data7, vspickk
36	GPIO23	Gpio23, hs1_strobe, vspid
37	VDD3P3_CPU	CPU IO输入电源(1.8 V ~ 3.6 V)
38	GPIO19	Gpio19, u0cts, vspiq, emac_txd0
39	GPIO22	Gpio22, u0rts, vspiwp, emac_txd1
40	U0RXD	Gpio3, u0rxd, clk_out2
41	U0RXD	Gpio1, u0txd, clk_out3, emac_rxd2
42	GPIO21	Gpio21, vspihd, emac_tx_en
43	VDDA	模拟电源(2.3 V ~ 3.6 V)
44	XTAL_N	外部晶体输出
45	XTAL_P	外部晶体输入
46	VDDA	模拟电源(2.3 V ~ 3.6 V)
47	CAP2	连接到3.3 nF(10%)电容和20 k Ω电阻并联到CAP1
48	CAP1	连接到10nf系列电容器到地
49	接地	地面

特点与规格

802.11 b/g/n其中802.11 n (2.4 GHz)，最高可达150mbps
个子
Tx / rxa - mpdu, rxa - msdu
立即块ACK
碎片整理
自动信标监控(硬件TSF)
4 ×虚拟Wi-Fi接口
同时支持基础设施站，SoftAP和混杂模式
天线的多样性
符合蓝牙v4.2 BR/EDR和BLE规范
不带外接功率放大器的1类、2类、3类发射机
增强电源控制
+ 12dbm发射功率
NZIF接收器具有-94 dBm BLE灵敏度
自适应跳频(AFH)
基于SDIO/SPI/UART的标准人机交互
高速UART HCI，高达4 Mbps
蓝牙4.2 BR/EDR BLE双模式控制器
面向同步连接/扩展(SCO/eSCO)
CVSD和SBC音频编解码器
蓝牙微微网和散射网
经典BT和BLE中的多连接
同步广告和扫描
Xtensa®单/双核32位LX6微处理器，最高可达600 MIPS
448 KB ROM
520kb sram
RTC中的16kb SRAM
QSPI支持多个flash/SRAM芯片

请注意:完整的技术细节可参阅ESP32数据表在本页末尾给出。

在哪里使用ESP32 Wi-Fi和蓝牙MCU

ESP32专为低功耗物联网应用而设计。其高处理能力，内置Wi-Fi /蓝牙和深度睡眠操作功能，使其成为大多数便携式物联网设备的理想选择。此外，由于Arduino IDE已经正式发布了ESP32的电路板管理器，因此对这些设备进行编程变得非常容易。一个基本的ESP32 Wi-Fi芯片功能示意图如下所示。

ESP32 wifi芯片功能示意图

这有许多功能，包括SPI, I2C, I2S, UART, ETH, RMT, PWM, ADC, DAC，定时器，蓝牙，Wi-Fi RTC，等等，所以有了这些功能，这个设备可以做很多事情。

如何使用ESP32 Wi-Fi和蓝牙MCU

如果您正在使用此IC设计自己的产品，这可能是复杂的一面，因为当您尝试启用或禁用某个功能时，有大量的多路复用IO会改变其特性，强烈建议您查看特定应用程序的数据表，您也可以查看硬件设计指南对于ESP32 IC，下面的例子给你一个基本的想法，如何正确配置这个IC的正确操作。

ESP32示意图

ESP32的手动设计可以分为十个不同的部分，电源，上电顺序和系统复位，闪存和PSRAM，晶体振荡器，RF, ADC，外部电容，UART, UART, SDIO，触摸传感器。

电力供应

VDD_SDIO连接到内部LDO的输出，其输入是VDD3P3_RTC。当VDD_SDIO与VDD3P3_RTC连接到同一PCB网时;自动禁用内部LDO。内部LDO可配置为1.8V，或与VDD3P3_RTC相同的电压。在深度睡眠模式下，可以通过软件将Flash/SRAM的电流降至最低。

数字电源

Pin19为RTC电源引脚，pin37为CPU电源引脚。数字电源的工作电压范围为1.8 V ~ 3.6 V。我们建议在数字电源引脚附近添加额外的0.1 μ F滤波电容器。

VDD_SDIO (pin26)作为相关IO的电源，也用于外部设备。

当VDD_SDIO工作在1.8 V时，它可以从ESP32的内部LDO产生。该LDO能提供的最大电流为40 mA，输出电压范围为1.65 V ~ 2.0 V。当VDD_SDIO输出1.8 V时，芯片引导时GPIO12值应设置为1，建议用户在VDD_SDIO附近增加2 kΩ接地电阻和4.7µF滤波电容
当VDD_SDIO工作在3.3 V时，由VDD3P3_RTC通过6 Ω电阻直接驱动，因此VDD3P3_RTC会有一定的压降。当VDD_SDIO输出3.3 V时，芯片引导时GPIO12值为0(默认值)，建议用户在VDD_SDIO附近增加1µF电容

VDD_SDIO也可以由外部电源驱动。ESP32数字电源引脚原理图如图所示

ESP32数字电源引脚示意图

模拟电源

Pin1、pin3、pin4、pin43、pin46为模拟电源引脚。需要注意的是，当ESP32处于传输模式时，突然增加电流，可能会导致动力轨塌陷。因此，强烈建议在电源走线中再增加一个10µF电容，它可以与0.1µF电容一起工作。为了抑制高频谐波，需要在电源引脚附近增加LC滤波电路。电感器的额定电流最好为500ma及以上。

ESP32模拟电源引脚示意图

上电顺序和系统复位

ESP32采用3.3 V系统电源供电。在电源轨道稳定后芯片就会被激活。这是通过在3.3 V导轨启动后延迟CHIP_PU (Pin9)的激活来实现的。更多详情可参阅“电力方案”部分。

为了避免由外部干扰引起的重启，CHIP_PU跟踪应该尽可能短，并且路由远离时钟线。强烈推荐使用上拉电阻和接地电容。

Flash和PSRAM

ESP32最多支持16mb的外部闪存和8mb的外部SRAM。本文档中描述的示例模块默认使用4mb的flash。VDD_SDIO作为电源引脚。请务必根据VDD_SDIO上的电源电压选择合适的闪光灯。在PSRAM上，除了CS引脚外，所有引脚都可以用flash多路复用。例如，PSRAM_CLK和FLASH_CLK共享相同的ESP32的SCK/CLK引脚，以有效地使用引脚，但在一些ESP32模块中，如ESP32- wrover - e, flash有自己的时钟引脚:SCK/CLK，而PSRAM使用GPIO17。ESP32与flash、PSRAM的连接示意图如图4所示。注意，图4所示的连接并不是连接flash和PSRAM的唯一方法。

ESP32支持Flash和PSRAM

外部时钟源和RTC时钟源

目前，ESP32 Wi-Fi/BT固件只支持40 MHz的晶体振荡器。在电路设计中，晶振的输入端和输出端分别增加了接地电容C1和C2。建议用户在XTAL_P时钟轨迹上预留一个0 Ω的串联电阻，以降低晶体的驱动强度，并最大限度地减少晶体谐波对射频性能的影响。

ESP32支持外部32.768 kHz晶体或外部32.768 kHz信号(例如振荡器)作为RTC睡眠时钟。

射频输出

ESP32 (QFN 6*6)和ESP32 (QFN 5*5)射频引脚输出阻抗分别为(30+j10) Ω和(35+j10) Ω。π型匹配网络是电路设计中天线匹配的重要组成部分。匹配网络建议采用CLC结构。ESP32射频电路原理图如下图所示:

ESP32与射频引脚连接

外部电容器

所示为pin47 CAP2和pin48 CAP1连接的元件原理图。连接到CAP1的C5 (10 nF)应该有10%的公差，并且是ESP32正常工作所必需的。在某些条件下，可以省略CAP1和CAP2引脚之间的RC电路。该电路在进入深度睡眠模式时使用。在此过程中，为了最大限度地降低功耗，为ESP32内部供电的电压从1.1 V下降到0.7 V左右。采用RC电路来减小电压下降的周期。如果删除，这个过程将花费更长的时间，并且深度睡眠中的功耗将更高。如果ESP32的特定应用没有使用深度睡眠模式，或者功耗不太关键，则不需要该电路。

ESP32连接外部电容