ESP8266EX

ESP8266EX 技术规格表 版本 5.4 版权 © 2017 关于本⼿手册 本⼿手册介绍了了 ESP8266EX 的产品参数，包含以下章节。 章 标题 内容 第1章 概述 概述 ESP8266EX 的特点、协议、技术参数和应⽤用。 第2章 管脚定义 提供管脚布局和定义。 第3章 功能描述 描述 ESP8266EX 上的主要的功能模块和协议，包括 CPU、Flash 和存储、时 钟、射频、Wi-Fi 和低功耗管理理。 第4章 外设接⼝口 描述 ESP8266EX 上所集成的外设接⼝口。 第5章 电⽓气参数 列列出 ESP8266EX 的电⽓气参数。 第6章 封装信息 提供 ESP8266EX 的封装信息。 附录 Ⅰ 管脚列列表 提供详细的管脚信息，包括数字模列列表、缓冲列列表、登记表和复⽤用管脚列列表。 附录 Ⅱ 学习资源 介绍 ESP8266 相关的必读资料料，必备资源和视频资源。 发布说明 ⽇日期 版本 发布说明 2015.12 V4.6 更更新第 3 章。 2016.02 V4.7 更更新 3.6 和 4.1 节。 2016.04 V4.8 更更新第 1 章。 2016.08 V4.9 更更新第 1 章。 2016.11 V5.0 增加附录 Ⅱ “学习资源”。 2016.11 V5.1 将表 5-2 中 Deep-sleep 模式对应的功耗由 10 μA 改为 20 μA。 2016.11 V5.2 将 3.3 节的晶振频率的范围由 26 MHz 到 52 MHz 改为 24 MHz 到 52 MHz。 2016.12 V5.3 将⼯工作电压的最⼩小值由 3.0V 改为 2.5V。 2017.04 V5.4 将芯⽚片的输⼊入和输出阻抗从 50Ω 改为 39+j6 Ω。 ⽬目录 1. 概述......................................................................................................................................... 1 1.1. Wi-Fi 协议 ...................................................................................................................................2 1.2. 技术参数 .....................................................................................................................................3 1.3. 应⽤用 ............................................................................................................................................4 2. 管脚定义 .................................................................................................................................5 3. 功能描述 .................................................................................................................................7 3.1. CPU、存储和 Flash ....................................................................................................................7 3.1.1. CPU ...............................................................................................................................7 3.1.2. 内置存储 ........................................................................................................................7 3.1.1. 外置 Flash ......................................................................................................................8 3.2. AHB 和 AHB 模块 .......................................................................................................................8 3.3. 时钟 ............................................................................................................................................8 3.3.1. ⾼高频时钟 ........................................................................................................................8 3.3.2. 外部时钟参考要求 ..........................................................................................................9 3.4. 射频 ............................................................................................................................................9 3.4.1. 信道频率 ........................................................................................................................9 3.4.2. 2.4 GHz 接收器器 ............................................................................................................10 3.4.3. 2.4 GHz 发射器器 ............................................................................................................10 3.4.4. 时钟⽣生成器器 ...................................................................................................................10 3.5. Wi-Fi .........................................................................................................................................11 3.6. 低功耗管理理 ...............................................................................................................................11 4. 外设接⼝口 .............................................................................................................................. 13 4.1. 通⽤用输⼊入/输出接⼝口 (GPIO) ........................................................................................................13 4.2. SDIO .........................................................................................................................................13 4.3. 串串⾏行行外设接⼝口 (SPI/HSPI) ..........................................................................................................13 4.3.1. 通⽤用 SPI（主机/从机） ................................................................................................14 4.3.2. HSPI（从机） ..............................................................................................................14 4.4. I2C 接⼝口 ....................................................................................................................................14 4.5. I2S 接⼝口 ....................................................................................................................................15 4.6. 通⽤用异步收发器器 (UART) ............................................................................................................15 4.7. 脉冲宽度调制 (PWM) ................................................................................................................16 4.8. IR 遥控接⼝口 ...............................................................................................................................16 4.9. ADC（模/数转换器器） ............................................................................................................... 17 4.10. LED Light 和 Button 接⼝口 .........................................................................................................18 5. 电⽓气参数 ...............................................................................................................................19 5.1. 电⽓气特性 ...................................................................................................................................19 5.2. 功耗 ..........................................................................................................................................19 5.3. Wi-Fi 射频特征 ..........................................................................................................................20 6. 封装信息 ...............................................................................................................................21 I. 附录 - 管脚列列表 ..................................................................................................................... 22 II. 附录 - 学习资源 ..................................................................................................................... 23 II.1. 必读资料料 ...................................................................................................................................23 II.2. 必备资源 ...................................................................................................................................23 II.3. 视频资源 ...................................................................................................................................24 1. 概述 % 概述 1. ESP8266EX 由乐鑫公司开发，提供了了⼀一套⾼高度集成的 Wi-Fi SoC 解决⽅方案，其低功耗、 紧凑设计和⾼高稳定性可以满⾜足⽤用户的需求。 ESP8266EX 拥有完整的且⾃自成体系的 Wi-Fi ⽹网络功能，既能够独⽴立应⽤用，也可以作为从机 搭载于其他主机 MCU 运⾏行行。当 ESP8266EX 独⽴立应⽤用时，能够直接从外接 Flash 中启动。 内置的⾼高速缓冲存储器器有利利于提⾼高系统性能，并且优化存储系统。此外 ESP8266EX 只需 通过 SPI/SDIO 接⼝口或 I2C/UART ⼝口即可作为 Wi-Fi 适配器器，应⽤用到基于任何微控制器器的 设计中。 ESP8266EX 集成了了天线开关、射频 balun、功耗放⼤大器器、低噪放⼤大器器、过滤器器和电源管理理 模块。这样紧凑的设计仅需极少的外部电路路并且将 PCB 的尺⼨寸降到最⼩小。 ESP8266EX 还集成了了增强版的 Tensilica’s L106 钻⽯石系列列 32-bit 内核处理理器器，带⽚片上 SRAM。ESP8266EX 可以通过 GPIO 外接传感器器和其他设备。软件开发包 (SDK) 提供了了⼀一 些应⽤用的示例例代码。 乐鑫智能互联平台 (ESCP-Espressif Systems’ Smart Connectivity Platform) 表现出来的领 先特征有：睡眠/唤醒模式之间的快速切换以实现节能、配合低功耗操作的⾃自适应射频偏 置、前端信号的处理理功能、故障排除和射频共存机制可消除蜂窝/蓝⽛牙/DDR/LVDS/LCD ⼲干 扰。
 Espressif % /%25 1 2017.04 1. 概述 % 1.1. Wi-Fi 协议 • ⽀支持 802.11 b/g/n/e/i。 • ⽀支持 Wi-Fi Direct (P2P)。 • P2P 发现，P2P GO 模式 (Group Owner)、GC 模式 (Group Client) 和 P2P 电源管理理。 • 基础结构型⽹网络 (Infrastructure BSS) ⼯工作站 (Station) 模式/P2P 模式/SoftAP 模式。 • ⽀支持 CCMP（CBC-MAC、计数器器模式）、TKIP (MIC、RC4)、WAPI (SMS4)、WEP (RC4)、CRC 的硬件加速器器。 • WPA/PA2 PSK 和 WPS。 • 802.11 i 安全特征：预认证和 TSN。 • 针对企业级平台的开放接⼝口，例例如 TLS、PEAP、LEAP、SIM、AKA 或者客户⾃自定义接 ⼝口。 • ⽀支持 802.11n (2.4 GHz)。 • ⽀支持 MIMO 1×1 和 2×1、STBC、A- MPDU 和 A-MSDU 帧聚合技术、0.4 μs 的保护间 隔。 • WMM 低功耗 U-APSD。 • 多队列列管理理，充分利利⽤用 802.11e 标准的 QoS 传输优先。 • UMA 认证标准。 • 802.1h/RFC1042 帧封装。 • 分散 DMA，实现数据传输操作时 Zero Copy，优化 CPU 负载。 • 天线分集与选择（软件控制硬件）。 • 时钟/电源⻔门控与符合 802.11 标准的电源管理理⼀一起动态地适应当前连接条件，实现最⼩小 功耗。 • ⾃自适应速率回退算法基于实际信噪⽐比 (SNR) 和丢包信息来控制最佳传输速率和发射功 耗。 • MAC 层上的⾃自动重传和回复以防⽌止在慢速主机环境中的数据包丢弃。 • ⽆无缝漫游⽀支持。 • 可配置的包仲裁 (PTA) 和基于专⽤用的从机处理理器器的设计为⼤大量量蓝⽛牙芯⽚片供应商提供灵活 ⽽而精确的 Wi-Fi 和蓝⽛牙共存模式。 • 双天线或单天线的蓝⽛牙共存⽅方式，⽀支持分时接收（Wi-Fi/蓝⽛牙）的功能。 Espressif % /%25 2 2017.04 1. 概述 % 1.2. 技术参数 表 1-1. 主要技术参数 分类 项⽬目 参数 标准认证 FCC/CE/TELEC/SRRC ⽆无线标准 802.11 b/g/n/e/i 频率范围 2.4G ～ 2.5G (2400M ~ 2483.5M) 802.11 b: +20 dBm Wi-Fi 802.11 g: +17 dBm 发射功率 802.11 n: +14 dBm 802.11 b: -91 dbm (11 Mbps) 802.11 g: -75 dbm (54 Mbps) 接收灵敏敏度 802.11 n: -72 dbm (MCS7) 天线选项 PCB 板载天线, 外置天线, IPEX 接⼝口天线, 陶瓷贴⽚片天线 CPU Tensilica L106 32 bit 微控制器器 UART/SDIO/SPI/I2C/I2S/IR 遥控 外围总线 硬件 软件 Espressif GPIO/ADC/PWM/LED Light & Button ⼯工作电压 2.5V ~ 3.6V ⼯工作电流 平均电流：80 mA ⼯工作温度 -40°C ~ 125°C 环境温度范围 -40°C ~ 125°C 封装⼤大⼩小 5 mm x 5 mm 外部接⼝口 N/A Wi-Fi 模式 Station/SoftAP/SoftAP+Station 安全机制 WPA/WPA2 加密类型 WEP/TKIP/AES 升级固件 UART Download/OTA（通过⽹网络） 软件开发 ⽀支持 Cloud Server Development/固件和 SDK，⽤用于快速 ⽚片上编程 ⽹网络协议 IPv4、TCP/UDP/HTTP/FTP/MQTT ⽤用户配置 AT+ 指令集，云端服务器器， Android/iOS APP % /%25 3 2017.04 1. 概述 % 1.3. 应⽤用
 • 家⽤用电器器 • 家庭⾃自动化 • 智能插座、智能灯 • Mesh ⽹网络 • ⼯工业⽆无线控制 • 婴⼉儿监控器器 • IP 摄像机 • 传感器器⽹网络 • 可穿戴电⼦子产品 • ⽆无线位置感知设备 • 安全 ID 标签 • ⽆无线定位系统信标
 Espressif % /%25 4 2017.04 2. 管脚定义 % 管脚定义 2. 管脚布局如图 2-1 所示。 ! 图 2-1. 管脚布局 管脚定义如表 2-1 所示。 表 2-1. 管脚定义 Espressif 管脚 名称 类型 功能 1 VDDA P 模拟电源 2.5V ~ 3.6V 2 LNA I/O 3 VDD3P3 P 功放电源 2.5V ~ 3.6V 4 VDD3P3 P 功放电源 2.5V ~ 3.6V 5 VDD_RTC P NC (1.1V) 6 TOUT I 7 CHIP_PU I 射频天线接⼝口，芯⽚片输出阻抗为 39+j6 Ω。建议保留留 π 型匹配⽹网络对 天线进⾏行行匹配。 ADC 端⼝口（注：芯⽚片内部 ADC 端⼝口），可⽤用于检测 VDD3P3 (Pin3, Pin4) 电源电压和 TOUT (Pin6) 的输⼊入电压（⼆二者不不可同时使⽤用）。 芯⽚片使能端。 ⾼高电平：有效，芯⽚片正常⼯工作；低电平：芯⽚片关闭，电流很⼩小 % /%25 5 2017.04 2. 管脚定义 % 管脚 名称 类型 功能 8 XPD_DCDC I/O 深度睡眠唤醒；GPIO16 9 MTMS I/O GPIO14；HSPI_CLK 10 MTDI I/O GPIO12；HSPI_MISO 11 VDDPST P 数字/IO 电源 (1.8V ~ 3.3V) 12 MTCK I/O GPIO13；HSPI_MOSI；UART0_CTS 13 MTDO I/O GPIO15；HSPI_CS；UART0_RTS 14 GPIO2 I/O 可⽤用作烧写 Flash 时 UART1_TX；GPIO2 15 GPIO0 I/O GPIO0；SPI_CS2 16 GPIO4 I/O GPIO4 17 VDDPST P 数字/IO 电源 (1.8V ~ 3.3V) 18 SDIO_DATA_2 I/O 连接到 SD_D2（串串联 200Ω）；PIHD；HSPIHD；GPIO9 19 SDIO_DATA_3 I/O 连接到 SD_D3（串串联 200Ω）；SPIWP；HSPIWP；GPIO10 20 SDIO_CMD I/O 连接到 SD_CMD（串串联 200Ω）；SPI_CS0；GPIO11 21 SDIO_CLK I/O 连接到 SD_CLK（串串联 200Ω）；SPI_CLK；GPIO6 22 SDIO_DATA_0 I/O 连接到 SD_D0（串串联 200Ω）；SPI_MSIO；GPIO7 23 SDIO_DATA_1 I/O 连接到 SD_D1（串串联 200Ω）；SPI_MOSI；GPIO8 24 GPIO5 I/O GPIO5 25 U0RXD I/O 可⽤用作烧写 Flash 时 UART Rx；GPIO3 26 U0TXD I/O 可⽤用作烧写 Flash 时 UART Tx；GPIO1；SPI_CS1 27 XTAL_OUT I/O 连接晶振输出端，也可⽤用于提供 BT 的时钟输⼊入 28 XTAL_IN I/O 连接晶振输⼊入端 29 VDDD P 模拟电源 2.5V ~ 3.6V 30 VDDA P 模拟电源 2.5V ~ 3.6V 31 RES12K I 串串联 12 kΩ 电阻到地 32 EXT_RSTB I 外部重置信号（低电平有效） 说明： GPIO2、GPIO0、和 MTDO 可被配置为 3 bit 复⽤用寄存器器来选择启动模式和 SDIO 定时模式。 Espressif % /%25 6 2017.04 3. 功能描述 % 功能描述 3. ESP8266EX 的功能原理理如图 3-1 所示。 RF receive MAC Analog receive UART RF transmit PLL PMU VCO Analog transmit 1/2 Crystal Digital baseband GPIO Switch RF balun Registers Interface I2C I2S Sequencers SDIO PWM Accelerator PLL Bias circuits CPU ADC SPI SRAM PMU Flash 图 3-1. 功能原理理图 3.1. CPU、存储和 Flash 3.1.1. CPU ESP8266EX 内置 Tensilica L106，32-bit 微处理理器器 (MCU)，具有超低功耗的 16-bit RSIC。 CPU 时钟速度为 80 MHz，最⾼高可达 160 MHz。⽀支持实时操作系统 (RTOS)。⽬目前 Wi-Fi 协 议栈只⽤用了了 20% 的 MIPS，其他的都可以⽤用来做应⽤用编程和开发。CPU 包括以下接⼝口。 • 可连接⽚片内存储控制器器和外部 Flash 的可配置 RAM/ROM 接⼝口 (iBus) • 连接存储控制器器的数据 RAM 接⼝口 (dBus) • 访问寄存器器的 AHB 接⼝口 3.1.2. 内置存储 ESP8266EX 芯⽚片内置了了存储控制器器，包含 ROM 和 SRAM。MCU 可以通过 iBus、dBus 和 AHB 接⼝口访问存储控制器器。在发起请求后，所有存储单元都可以被访问。存储仲裁器器 会根据处理理器器接受这些请求的时间，决定访问顺序。 根据⽬目前我司提供的 SDK，当 ESP8266EX 运⾏行行在 Station 模式下，连上路路由后，在 Heap + Data 区⽤用户可⽤用 SRAM 空间为 50 kB。 Espressif % /%25 7 2017.04 3. 功能描述 % 芯⽚片内⽆无可编程存储器器，⽤用户程序必须由外部 Flash 存储。 3.1.1. 外置 Flash ESP8266EX 使⽤用外置 SPI Flash 存储⽤用户程序。理理论上最⼤大可⽀支持 16 MB 的存储。 建议按照如下所示来分配 SPI Flash 容量量。 • 不不⽀支持 OTA：最少⽀支持 512 kB • 可⽀支持 OTA：最少⽀支持 1 MB ⚠ 注意： ⽀支持的 SPI 模式：Standard SPI、Dual SPI 和 Quad SPI。因此在烧录程序到 Flash 时要选择正确的 SPI 模 式，否则下载的固件／程序可能⽆无法正常⼯工作。 3.2. AHB 和 AHB 模块 AHB 模块充当仲裁器器，通过 MAC、主机的 SDIO 和 CPU 控制 AHB 接⼝口。由于发送地址 不不同，AHB 数据请求可能到达以下两个从机中的⼀一个。 • APB 模块 • 闪存控制器器（通常在⽆无主机的情况下） ⾼高速请求⼀一般是⽤用来访问 Flash 控制器器，⽽而访问寄存器器通过的是 APB 模块。 APB 模块充当解码器器。但只可以访问 ESP8266EX 主模块内可编程的寄存器器。由于发送地 址不不同，APB 请求可能到达射频接收器器、SI/SPI、主机 SDIO、GPIO、UART、实时时钟 (RTC)、MAC 或数字基带。 3.3. 时钟 3.3.1. ⾼高频时钟 基于外部晶振，ESP8266EX 内部晶体振荡器器可以⽣生成射频时钟。该时钟可⽤用于驱动 Tx 和 Rx 混频器器。晶振频率在 24 MHz 到 52 MHz 之间。 尽管晶体振荡器器的内部校准功能使得⼀一系列列的晶体满⾜足时钟⽣生成条件，但是晶体的质量量仍 然是影响获得合适的相位噪声和 Wi-Fi 灵敏敏度的因素。请参照表 3-1 来测量量频率偏移。 表 3-1. ⾼高频时钟参数 Espressif 参数 名称 最⼩小值 最⼤大值 单位 频率 FXO 24 52 MHz % /%25 8 2017.04 3. 功能描述 % 参数 名称 最⼩小值 最⼤大值 单位 装载电容 CL － 32 pF 动态电容 CM 2 5 pF 串串⾏行行电阻 RS 0 65 Ω 频率容限 ΔFXO -15 15 ppm 频率和温度 (-25°C ~ 75°C) ΔFXO,Temp -15 15 ppm 3.3.2. 外部时钟参考要求 外部时钟的频率在 24 MHz 到 52 MHz 之间。为了了使射频性能良好，时钟需满⾜足要求如表 3-2 所示。 表 3-2. 外部时钟参考要求 参数 名称 最⼩小值 最⼤大值 单位 时钟振幅 VXO 0.2 1 Vpp 外部时钟精准度 ΔFXO,EXT -15 15 ppm 相位噪声 @1kHz 偏移, 40 MHz 时钟 － － -120 dBc/Hz 相位噪声 @10 kHz 偏移, 40 MHz 时钟 － － -130 dBc/Hz 相位噪声 @100 kHz 偏移, 40 MHz 时钟 － － -138 dBc/Hz 3.4. 射频 ESP8266EX 射频主要包含以下模块。 • 2.4 GHz 接收器器 • 2.4 GHz 发射器器 • ⾼高速时钟⽣生成器器和晶体振荡器器 • 实时时钟 • 偏置电路路与稳压器器 • 电源管理理 3.4.1. 信道频率 根据 IEEE802.11b/g/n 标准，射频收发器器⽀支持以下信道。 Espressif % /%25 9 2017.04 3. 功能描述 % 表 3-3. 频率信道 信道编号 频率 (MHz) 信道编号 频率 (MHz) 1 2412 8 2447 2 2417 9 2452 3 2422 10 2457 4 2427 11 2462 5 2432 12 2467 6 2437 13 2472 7 2442 14 2484 3.4.2. 2.4 GHz 接收器器 2.4 GHz 接收器器把射频信号降频，变成正交基带信号，⽤用 2 个⾼高分辨率的⾼高速 ADC 将后 者转为数字信号。为了了适应不不同的信号频道，ESP8266EX 集成了了射频滤波器器、⾃自动增益 控制 (AGC)、DC 偏移补偿电路路和基带滤波器器。 3.4.3. 2.4 GHz 发射器器 2.4 GHz 发射器器将正交基带信号升频到 2.4 GHz，使⽤用⼤大功耗互补⾦金金属氧化物半导 (CMOS) 功耗放⼤大器器驱动天线。数字校准的使⽤用进⼀一步地改善了了功耗放⼤大器器的线性，从⽽而 在 802.11b 传输中达到 +19.5 dBm 的平均功耗，在 802.11n 传输中达到 +16 dBm 的平 均功耗，功能超强。 为了了抵消⽆无线电接收器器的瑕疵，ESP8266EX 还另增了了以下校准措施。 • 载波泄露露 • I/Q 相位匹配 • 基带⾮非线性 这些内置的校准措施减少了了⽣生产测试所需的时间和设备。 3.4.4. 时钟⽣生成器器 时钟⽣生成器器为接收器器和发射器器⽣生成 2.4 GHz 正交基带时钟信号，其所有部件均集成于芯⽚片 上，包括：电感器器、变容⼆二极管、闭环滤波器器、监管者和分频器器。 时钟⽣生成器器含有内置校准电路路和⾃自测电路路。正交时钟相位和相位噪声通过拥有专利利的校准 算法在芯⽚片上进⾏行行最优处理理，以确保接收器器和发射器器达到最佳性能。 Espressif % /%25 10 2017.04 3. 功能描述 % 3.5. Wi-Fi ESP8266EX ⽀支持 TCP/IP 协议，完全遵循 802.11 b/g/n/e/i WLAN MAC 协议和 Wi-Fi Direct 标准。它⽀支持分布式控制功能 (DCF) 下的基本服务集 (BSS) 操作，也⽀支持符合最新 的 Wi-Fi P2P 协议的 P2P 团体操作。ESP8266EX ⾃自动采⽤用低层协议功能。 • RTS/CTS • 确认字符 • 分⽚片和重组 • 聚合 • 帧封装 (802.11h/RFC 1042) • ⾃自动信标监测/扫描 • P2P Wi-Fi direct 跟 P2P 发现程序⼀一样，被动或主动扫描⼀一旦在适当的指令下起动，就会⾃自主完成。执⾏行行 电源管理理时，与主机互动最少，如此⼀一来，⼯工作时间达到最短。 3.6. 低功耗管理理 ESP8266EX 专为移动设备、可穿戴电⼦子产品和物联⽹网应⽤用设计，拥有先进的低功耗管理理 技术。 节能模式共有三种：激活模式、睡眠模式和深度睡眠模式。ESP8266EX 在深度睡眠模式 下（RTC 时钟仍处于⼯工作状态）消耗的电流约为 20 μA；处于连接状态时消耗的电流少于 1.0 mA (DTIM = 3) 或 0.6 mA (DTIM = 10)。 Espressif % /%25 11 2017.04 3. 功能描述 % CHIP_PU CHIP_PU Off Sleep Criteria Sleep Criteria Deep Sleep Sleep XTAL Off WAKEUP Events Wakeup XTAL_SETTLE CPU On Work Tx Rx 图 3-2. 低功耗管理理 • 关闭：CHIP_PU 管脚处于低功耗状态。RTC 停⽌止⼯工作。所有寄存器器被清除。 • 深度睡眠：只有 RTC 处于⼯工作状态，芯⽚片的其他部分掉电。RTC 内部的备份恢复存 储可保存基本的 Wi-Fi 连接信息。 • 睡眠：只有 RTC 在运⾏行行。晶体振荡器器停⽌止⼯工作。任何唤醒事件（MAC、主机、RTC 定时器器或外部中断）都会唤醒芯⽚片。 • 唤醒：在这种状态下，系统从睡眠状态进⼊入起动 (PWR) 状态。晶体振荡器器和 PLL 均 进⼊入使能状态。 • 开启：⾼高速时钟可以运⾏行行，并发送⾄至各个被时钟控制寄存器器使能的模块。各个模 块，包括 CPU 在内，执⾏行行较低层的时钟⻔门控。系统运作时，可以通过 WAITI 指令关 闭 CPU 内部时钟。 Espressif % /%25 12 2017.04 4. 外设接⼝口 % 外设接⼝口 4. 4.1. 通⽤用输⼊入/输出接⼝口 (GPIO) ESP8266EX 共有 17 个 GPIO 管脚，通过配置适当的寄存器器可以给它们分配不不同的功能。 每个 GPIO 都可以配置为内部上拉/下拉，或者被设置为⾼高阻。当被配置为输⼊入时，可通过 读取寄存器器获取输⼊入值；输⼊入也可以被设置为边缘触发或电平触发来产⽣生 CPU 中断。简 ⾔言之，IO 管脚是双向、⾮非反相和三态的，带有三态控制的输⼊入和输出缓冲器器。 这些管脚可以与其他功能复⽤用，例例如 I2C、I2S、UART、PWM、IR 遥控、LED Light 和 Button 接⼝口等。 在低功耗模式下，GPIO 可被设定为保持状态。例例如，当芯⽚片断电，所有输出使能信号都 可以被设定为保持低功耗状态。 选择性的保持功能可以应需植⼊入 IO 中。当 IO 不不由内外部电路路驱动时，保持功能可以被⽤用 于保持上次的状态。保持功能给管脚引⼊入⼀一些正反馈。因此，管脚的外部驱动必须强于正 反馈。脱离保持状态所需的驱动⼒力力很⼩小，在 5 μA 之内。 4.2. SDIO ESP8266EX 拥有 1 个从机 SDIO 接⼝口，接⼝口管脚定义如下表 4-1 所示。⽀支持 4-bit 25 MHz SDIO v1.1 和 4-bit 50 MHz SDIO v2.0。 表 4-1. SDIO 管脚定义 管脚名称 管脚编号 IO 功能名称 SDIO_CLK 21 IO6 SDIO_CLK SDIO_DATA0 22 IO7 SDIO_DATA0 SDIO_DATA1 23 IO8 SDIO_DATA1 SDIO_DATA_2 18 IO9 SDIO_DATA_2 SDIO_DATA_3 19 IO10 SDIO_DATA_3 SDIO_CMD 20 IO11 SDIO_CMD 4.3. 串串⾏行行外设接⼝口 (SPI/HSPI) ESP8266EX 拥有 1 个通⽤用从机/主机 SPI，1 个从机 SDIO/SPI，和 1 个通⽤用从机/主机 HSPI。所有接⼝口的功能均由硬件实现。接⼝口定义如下所示。 Espressif % /%25 13 2017.04 4. 外设接⼝口 % 4.3.1. 通⽤用 SPI（主机/从机） 表 4-2. SPI 接⼝口定义 管脚名称 管脚编号 IO 功能名称 SDIO_CLK 21 IO6 SPICLK SDIO_DATA0 22 IO7 SPIQ/MISO SDIO_DATA1 23 IO8 SPID/MOSI SDIO_DATA_2 18 IO9 SPIHD SDIO_DATA_3 19 IO10 SPIWP U0TXD 26 IO1 SPICS1 GPIO0 15 IO0 SPICS2 说明： SPI 模式可由软件编程实现。时钟频率最⼤大为 80 MHz。 4.3.2. HSPI（从机） 表 4-3. HSPI（从机）管脚定义 管脚名称 管脚编号 IO 功能名称 MTMS 9 IO14 HSPICLK MTDI 10 IO12 HSPIQ/MISO MTCK 12 IO13 HSPID/MOSI MTDO 13 IO15 HPSICS 4.4. I2C 接⼝口 ESP8266EX 拥有 1 个 I2C 接⼝口，⽤用于连接微控制器器以及外围设备，如传感器器等。I2C 接 ⼝口定义如表 4-4 所示。 表 4-4. I2C 管脚定义 管脚名称 管脚编号 IO 功能名称 MTMS 9 IO14 I2C_SCL GPIO2 14 IO2 I2C_SDA ESP8266EX 既⽀支持 I2C 主机也⽀支持 I2C 从机功能。I2C 接⼝口功能可由软件编程实现，时 钟频率最⾼高约为 100 kHz，需⾼高于从设备最慢速的时钟频率。 Espressif % /%25 14 2017.04 4. 外设接⼝口 % 4.5. I2S 接⼝口 ESP8266EX 拥有 1 个 I2S 输⼊入接⼝口和 1 个 I2S 输出接⼝口。I2S 主要⽤用于⾳音频数据采集、 处理理和传输，也可⽤用于串串⾏行行数据输⼊入输出，如⽀支持 LED 彩灯（WS2812 系列列）。I2S 管脚 定义如表 4-5 所示。I2C 接⼝口功能可以使⽤用复⽤用 GPIO 通过软件编程实现，⽀支持链表 DMA。 表 4-5. I2S 管脚定义 I2S 数据输⼊入 管脚名称 管脚编号 IO 功能名称 MTDI 10 IO12 I2SI_DATA MTCK 12 IO13 I2SI_BCK MTMS 9 IO14 I2SI_WS MTDO 13 IO15 I2SO_BCK U0RXD 25 IO3 I2SO_DATA GPIO2 14 IO2 I2SO_WS 4.6. 通⽤用异步收发器器 (UART) ESP8266EX 拥有两个 UART 接⼝口，分别为 UART0 和 UART，接⼝口定义如表 4-6 所示。 表 4-6. UART 管脚定义 管脚类型 UART0 UART1 管脚名称 管脚编号 IO 功能名称 U0RXD 25 IO3 U0RXD U0TXD 26 IO1 U0TXD MTDO 13 IO15 U0RTS MTCK 12 IO13 U0CTS GPIO2 14 IO2 U1TXD SD_D1 23 IO8 U1RXD 2 个 UART 接⼝口的数据传输均由硬件实现。数据传输速度可达 115200*40 (4.5 Mbps)。 UART0 可以⽤用做通信接⼝口，⽀支持流控。由于 UART1 ⽬目前只有数据传输功能，所以⼀一般⽤用 作打印 log。 Espressif % /%25 15 2017.04 4. 外设接⼝口 % 📖 说明： UART0 默认会在上电启动期间输出⼀一些打印，此期间打印内容的波特率与所⽤用的外部晶振频率有关。使⽤用 40 MHz 晶振时，该段打印波特率为 115200；使⽤用 26 MHz 晶振时，该段打印波特率为 74880。如果打印 信息影响设备功能，建议在上电期间将 U0TXD、U0RXD 分别与 U0RTS (MTDO)，U0CTS (MTCK) 交换，以 屏蔽打印。 4.7. 脉冲宽度调制 (PWM) ESP8266EX 拥有 4 个 PWM 输出接⼝口，如表 4-7 所示。⽤用户可⾃自⾏行行扩展。 表 4-7. PWM 管脚定义 管脚名称 管脚编号 IO 功能名称 MTDI 10 IO12 PWM0 MTDO 13 IO15 PWM1 MTMS 9 IO14 PWM2 GPIO4 16 IO4 PWM3 PWM 接⼝口功能由软件实现。例例如，在 LED 智能照明的示例例中，PWM 通过定时器器的中断 实现，最⼩小分辨率可达 44 ns。PWM 频率的可调节范围为 1000 μs 到 10000 μs，即 100 Hz 到 1 kHz 之间。当 PWM 频率为 1 kHz，占空⽐比为 1/22727，1 kHz 的刷新率下可达超 过 14-bit 的分辨率。 4.8. IR 遥控接⼝口 ESP8266EX 芯⽚片⽬目前定义了了 1 个 IR 红外遥控接⼝口，该接⼝口定义如表 4-8 所示。 表 4-8. IR 红外遥控管脚定义 管脚名称 管脚编号 IO 功能名称 MTMS 9 IO14 IR Tx GPIO5 24 IO5 IR Rx IR 红外遥控接⼝口由软件实现，接⼝口使⽤用 NEC 编码及调制解调，采⽤用 38 kHz 的调制载波， 占空⽐比为 1/3 的⽅方波。传输范围在 1m 左右，传输范围由 2 个因素决定，⼀一个是 GPIO ⼝口 的最⼤大额定电流，另⼀一个是红外接收管内部的限流电阻的⼤大⼩小。电阻越⼤大，电流越⼩小，功 耗也越⼩小，反之亦然。传输半⻆角度为 15° 到 30°，取决于红外接收管的辐射⽅方向。 Espressif % /%25 16 2017.04 4. 外设接⼝口 % 4.9. ADC（模/数转换器器） ESP8266EX 内置了了⼀一个 10-bit 精度的 SAR ADC。TOUT（管脚 6）定义如表 4-9 所示。 表 4-9. ADC 管脚定义 管脚名称 管脚编号 功能名称 TOUT 6 ADC 接⼝口 ADC 端⼝口（管脚 6 TOUT）可提供以下两种应⽤用，但不不可同时使⽤用。 • 测量量 VDD3P3（管脚 3 和 4）上的电源电压。 硬件设计 TOUT 管脚必须悬空。 射频初始化参数 esp_init_data_default.bin (0 ～ 127 Bytes) 中的第 107 byte “vdd33_const“ ，必须被设为 0xFF。 射频校准过程 ⾃自测 VDD3P3（管脚 3 和 4）上的电源电压，根据测量量结果优化射频电路路⼯工 作状态。 ⽤用户编程 使⽤用 system_get_vdd33，不不可使⽤用 system_adc_read。 • 测量量 TOUT（管脚 6）的输⼊入电压。 硬件设计 当 TOUT 管脚接外部电路路，输⼊入电压范围限定为 0 ~ 1.0V。 esp_init_data_default.bin (0 ~ 127 Bytes) 中的第 107 byte 射频初始化参数 （vdd33_const），必须设为管脚 3 和 4 上真实的电源电压。 ESP8266EX 的⼯工作电压范围为 1.8V ~ 3.6V，“vdd33_const“ 的单位为 0.1V，因此 “vdd33_const“ 的有效取值范围为是 18 ～ 36。 射频校准过程 根据 “vdd33_const“ 的值来优化射频电路路⼯工作状态，容许误差为 ± 0.2V。 ⽤用户编程 不不可使⽤用 system_get_vdd33，可使⽤用 system_adc_read。 📖 说明： SDK 包提供 esp_init_data_default.bin，并且包含射频初始化参数 (0 ~ 127 Bytes)。 esp_init_data_default.bin 中的第 107 byte，命名为 ”vdd33_const”， 此参数的定义如下： • 当 vdd33_const = 0xff，ESP8266EX 芯⽚片会进⾏行行内部⾃自测 VDD3P3 管脚 3 和 管脚 4 上的电源电 压，根据测量量结果优化射频电路路⼯工作状态。 • 当 18 =< vdd33_const =< 36，ESP8266EX 使⽤用（vdd33_const/10）来校准和优化射频电路路⼯工作状 态。 • 当 vdd33_const < 18 或 36 < vdd33_const < 255 时，ESP8266EX 使⽤用默认值 2.5V 来校准和优化射 频电路路⼯工作状态。 Espressif % /%25 17 2017.04 4. 外设接⼝口 % 4.10. LED Light 和 Button 接⼝口 ESP8266EX 拥有多达 17 个 GPIO 接⼝口，均可定义作为 LED 与 Button 的控制接⼝口。基于 ⽬目前 ESP8266EX ⼀一些示例例设计的应⽤用，我们对 LED 与 Button 的 GPIO 接⼝口定义如表 410 所示。 表 4-10. LED 和 Button 管脚定义 管脚名称 管脚编号 IO 功能名称 MTCK 12 IO13 Button（复位） GPIO0 15 IO0 Wi-Fi Light MTDI 10 IO12 Link Light 上述共定义了了⼀一个 Button 和 2 个 LED 的接⼝口。通⽤用情况下，MTCK 作为复位按键的控 制；GPIO0 ⽤用作 Wi-Fi ⼯工作状态指示灯；MTDI ⽤用作与服务器器通信的指示灯。 📖 说明： 本章所描述的⼤大多数接⼝口可以复⽤用。管脚定义不不只限于上述所提到的，客户可以根据 ESP8266EX 在产品中 实际应⽤用来定义接⼝口的功能。此部分功能均可由软/硬件实现切换。 Espressif % /%25 18 2017.04 5. 电⽓气参数 % 电⽓气参数 5. 5.1. 电⽓气特性 表 5-1. 电⽓气特性 参数 条件 最⼩小值 典型值 最⼤大值 单位 存储温度范围 - -40 正常温度 125 ℃ 最⼤大焊接温度 IPC/JEDEC JSTD-020 - - 260 ℃ ⼯工作电压 - 2.5 3.3 3.6 V VIL/VIH - -0.3/0.75VIO - 0.25VIO/3.6 VOL/VOH - N/0.8VIO - 0.1VIO/N IMAX - - - 12 mA TAMB=25℃ - - 2 KV 静电释放量量（充电器器件模型/CDM） TAMB=25℃ - - 0.5 KV I/O 静电释放量量（⼈人体模型/HBM） V 5.2. 功耗 表 5-2. 功耗 Espressif 参数 最⼩小值 典型值 最⼤大值 单位 Tx802.11b, CCK 11Mbps, P OUT=+17 dBm - 170 - mA Tx 802.11g, OFDM 54 Mbps, P OUT =+15 dBm - 140 - mA Tx 802.11n, MCS7, P OUT =+13 dBm - 120 - mA Rx 802.11b，1024 Bytes 包⻓长，-80 dBm - 50 - mA Rx 802.11g，1024 Bytes 包⻓长，-70 dBm - 56 - mA Rx 802.11n，1024 Bytes 包⻓长，-65 dBm - 56 - mA Modem-sleep ① - 15 - mA Light-sleep ② - 0.9 - mA Deep-sleep ③ - 20 - μA 关闭 - 0.5 - μA % /%25 19 2017.04 5. 电⽓气参数 % 📖 说明： ① Modem-sleep 模式应⽤用于需要 CPU ⼀一直⼯工作的场景，如应⽤用于 PWM 或 I2S 等。在保持 Wi-Fi 连接 时，如果没有数据传输，可根据 802.11 标准 （如 U-APSD），关闭 Wi-Fi Modem 电路路来省电。例例 如，在 DTIM3 时，保持睡眠 300 ms，每 3 ms 间隔唤醒来接收 AP 的 Beacon 包，则电流约为 15 mA。 Light-sleep 模式⽤用于 CPU 可暂停的应⽤用，如 Wi-Fi 开关。在保持 Wi-Fi 连接时，如果没有数据传输， ② 可根据 802.11 标准 （U-APSD），关闭 Wi-Fi Modem 电路路并暂停 CPU 来省电。例例如，在 DTIM3 时，保持睡眠 300 ms，每 3 ms 间隔唤醒来接收 AP 的 Beacon 包，则电流约为 0.9 mA。 ③ Deep-sleep 模式应⽤用于不不需要 Wi-Fi 连接的场景。对于很⻓长时间才发送⼀一次数据包的应⽤用（如每 100 秒测量量⼀一次温度的传感器器），每 300s 醒来后需 0.3s ~ 1s 连上 AP，则整体平均电流⼩小于 1 mA。其电 流 20 μA 是在 2.5V 下得到的。 5.3. Wi-Fi 射频特征 表 5-3 中数据是在室内温度下，电压为 3.3V 和 1.1V 时分别测得。 表 5-3. Wi-Fi 射频特征 参数 最⼩小值 典型值 最⼤大值 单位 输⼊入频率 2412 - 2484 MHz 输出阻抗 - 39+j6 - Ω 输⼊入反射 - - -10 dB 72.2 Mbps 下，PA 的输出功耗 15.5 16.5 17.5 dBm 11b 模式下，PA 的输出功耗 19.5 20.5 21.5 dBm DSSS，1 Mbps - -98 - dBm CCK11，Mbps - -91 - dBm 6 Mbps (1/2 BPSK) - -93 - dBm 54 Mbps (3/4 64-QAM) - -75 - dBm HT20, MCS7 (65 Mbps, 72.2 Mbps) - -72 - dBm OFDM, 6 Mbps - 37 - dB OFDM, 54 Mbps - 21 - dB HT20, MCS0 - 37 - dB HT20, MCS7 - 20 - dB 灵敏敏度 邻道抑制 Espressif % /%25 20 2017.04 6. 封装信息 % 封装信息 6. 图 6-1. ESP8266EX 封装 Espressif % /%25 21 2017.04 附录 Ⅰ % 附录 - 管脚列列表 I. 附录 - ESP8266 管脚清单提供管脚的详细信息，如下所示。 • Note • Digital Die Pin List • Buffer Sheet • Register List • Strapping List 📖 说明： • INST_NAME 指的是在 eagle_soc.h 定义下的 IO_MUX REGISTER，例例如 MTDI_U 指的是 PERIPHS_IO_MUX_MTDI_U。 • Net Name 指的是原理理图中的管脚名称。 • 功能指的是每个管脚的多功能。 • 功能 1 ~ 5 对应 SDK 中的功能 0 ~ 4。例例如，将 MTDI 设置为 GPIO12，如下所示： - Espressif #define FUNC_GPIO12 3 //defined in eagle_soc.h PIN_FUNC_SELECT（PERIPHS_IO_MUX_MTDI_U,FUNC_GPIO12） % /%25 22 2017.04 附录 Ⅱ % 附录 - 学习资源 II. II.1. 必读资料料 • ESP8266 快速⼊入⻔门指南 说明：该⼿手册指导⽤用户快速上⼿手使⽤用 ESP8266，包括软硬件准备、编译准备、程序烧 录，还提供了了 ESP8266 的学习资源、介绍了了 RTOS SDK 的框架与调试⽅方法。 • ESP8266 SDK ⼊入⻔门指南 说明：该⼿手册以 ESP-LAUNCHER 和 ESP-WROOM-02 为例例，介绍 ESP8266 SDK 相 关的使⽤用⽅方法，包括编译前的准备、Flash 布局、硬件和软件的准备、SDK 的编译和固 件的下载。 • ESP8266 管脚清单 说明：这是个下载链接，清单中详细介绍了了 ESP8266 每⼀一个引脚的类型和功能。 • ESP8266 系统描述 说明：该⼿手册提供了了 ESP8266 系列列的产品信息，包括 ESP8266，配置 ESP8266 芯⽚片 的 ESP-LAUNCHER 开发板，以及配置 ESP8266 芯⽚片的 ESP-WROOM 模组。 • ESP8266 硬件匹配指南 说明：该⼿手册介绍了了要获得 ESP8266 芯⽚片最佳的射频性能如何进⾏行行频偏调试和天线阻 抗匹配。 • ESP8266 技术参考 说明：该⼿手册介绍了了 ESP8266 的各个接⼝口，包括功能、参数配置、函数说明、应⽤用示 例例等说明。 • ESP8266 硬件资源 说明：该压缩包的内容主要是硬件原理理图，包括板和模组的制造规范，物料料清单和原理理 图。 • 常⻅见问题 II.2. 必备资源 • ESP8266 SDK 说明：该⻚页⾯面提供了了 ESP8266 所有版本 SDK。 Espressif % /%25 23 2017.04 附录 Ⅱ % • ESP8266 ⼯工具 说明：该⻚页⾯面提供了了 ESP8266 Flash 下载⼯工具以及 ESP8266 性能评估⼯工具。 • ESP8266 APK • ESP8266 认证测试指南 • ESP8266 官⽅方论坛 • ESP8266 资源合集 II.3. 视频资源 • ESP8266 开发板使⽤用教程 • ESP8266 Non-OS SDK 编译教程
 Espressif % /%25 24 2017.04 免责申明和版权公告 本⽂文中的信息，包括供参考的 URL 地址，如有变更更，恕不不另⾏行行通知。 ⽂文档“按现状”提供，不不负任何担保责任，包括对适销性、适⽤用于特定⽤用途或⾮非侵 权性的任何担保，和任何提案、规格或样品在他处提到的任何担保。本⽂文档不不 负任何责任，包括使⽤用本⽂文档内信息产⽣生的侵犯任何专利利权⾏行行为的责任。本⽂文 档在此未以禁⽌止反⾔言或其他⽅方式授予任何知识产权使⽤用许可，不不管是明示许可 还是暗示许可。 Wi-Fi 联盟成员标志归 Wi-Fi 联盟所有。蓝⽛牙标志是 Bluetooth SIG 的注册商标。 乐鑫 IOT 团队 www.espressif.com ⽂文中提到的所有商标名称、商标和注册商标均属其各⾃自所有者的财产，特此声 明。 版权归© 2017 乐鑫所有。保留留所有权利利。