ESP32-S2

ESP32-S2 芯片 技术规格书 预发版本 0.4 乐鑫信息科技 版权 © 2019 www.espressif.com 关于本手册 本文档为用户提供 ESP32-S2 芯片的技术规格。 文档版本 请至乐鑫官网 https://www.espressif.com/zh-hans/support/download/documents 下载最新版本文档。 修订历史 请至文档最后页查看修订历史。 文档变更通知 用户可以通过乐鑫官网订阅页面 www.espressif.com/zh-hans/subscribe 订阅技术文档变更的电子邮件通知。 文档反馈 如对乐鑫的技术文档有任何意见或建议，请在 ESP32 论坛反馈。 证书下载 用户可以通过乐鑫官网证书下载页面 www.espressif.com/zh-hans/certificates 下载产品证书。 免责声明和版权公告 本文中的信息，包括参考的 URL 地址，如有变更，恕不另行通知。文档“按现状”提供，不负任何担保责任，包 括对适销性、适用于特定用途或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。 本文档不负任何责任，包括使用本文档内信息产生的侵犯任何专利权行为的责任。本文档在此未以禁止反言或 其他方式授予任何知识产权使用许可，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 牙标志是 Bluetooth SIG 的注册商标。 文中提到的所有商标名称、商标和注册商标均属其各自所有者的财产，特此声明。 版权归 © 2019 乐鑫所有。保留所有权利。 乐鑫信息科技 2 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 产品概述 ESP32-S2 是一款高集成度的低功耗 Wi-Fi 系统级芯 应用场景的功耗需求。芯片所特有的精细时钟门控、动 片 (SoC)、专为物联网 (IoT)、移动设备、可穿戴电子设 态电压时钟频率调节、可调节的射频功率放大器的输 备、智能家居等各种应用而设计，具有行业领先的低 出功率等特性，可以实现通信距离、数据率和功耗之 功耗性能和射频性能。 间的最佳平衡。 芯片包括一个功能完备的 Wi-Fi 子系统，符合 IEEE ESP32-S2 提供丰富的外设接口，包括 SPI，I2 S，UART， 802.11b/g/n 协议。Wi-Fi 子系统集成了 Wi-Fi MAC、 I2 C，LED PWM，LCD 接口，Camera 接口，ADC，DAC， Wi-Fi 射频和基带、天线开关、射频 Balun、功率放大 触摸传感器，温度传感器和多达 43 个 GPIO。此外，它 器、低噪声放大器等，提供了一个完整的 Wi-Fi 解决 还包括一个全速 USB On-The-Go (OTG) 接口，可以支 方案。 持使用 USB 通信。 ESP32-S2 芯片搭载 Xtensa® 32 位 LX7 单核处理器， ESP32-S2 具有多种特有的硬件安全机制。硬件加密 工作频率高达 240 MHz。芯片支持二次开发，无需使 加速器支持 AES、SHA 和 RSA 算法。RNG、HMAC 用其他微控制器或处理器。 和数字签名 (Digital Signature) 模块提供了更多安全性 能。其他安全特性还包括 flash 加密和安全启动 (se- 该芯片带有 320 KB SRAM，128 KB ROM，可通过 cure boot) 签名验证等。完善的安全机制使芯片能够 SPI/QSPI/OSPI 接口外接 flash 和片外 RAM。 满足严格的安全要求。 ESP32-S2 支持多种低功耗工作状态，能够满足各种 功能框图 Espressif’s ESP32-S2 Wi-Fi SoC Wi-Fi ROM Xtensa® 32-bit LX7 Microprocessor Wi-Fi MAC Cache RF RF receiver Clock generator Wi-Fi baseband SRAM Balun JTAG Switch Main CPU RF transmitter Peripherals and Sensors GPIO I2C SPI / LCD interface I2S / Camera interface / LCD interface RTC ULP co-processor PMU LED_PWM UART Pulse counter RMT USB OTG DAC Touch sensor ADC Temperature sensor General purpose Timers RTC memory Cryptographic Hardware Acceleration SHA RSA AES RNG HMAC Digital signature 图 1: 功能框图 乐鑫信息科技 3 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 产品特性 Wi-Fi • 支持 IEEE 802.11 b/g/n 协议 • Beacon 自动监测（硬件 TSF） • 在 2.4 GHz 频带支持 20 MHz 和 40 MHz 频宽 • 4 × 虚拟 Wi-Fi 接口 • 支持单频 1T1R 模式，数据速率高达 150 Mbps • 同时支持基础结构型网络 (Infrastructure BSS) Station 模式/SoftAP 模式/混杂模式 • 无线多媒体 (WMM) 请注意 ESP32-S2 在 Station 模式下扫描时， • 帧聚合 (TX/RX A-MPDU, RX A-MSDU) SoftAP 信道会同时改变 • 立即块回复 (Immediate Block ACK) • 天线分集 • 分片和重组 (Fragmentation & defragmentation) • 802.11mc FTM CPU 和存储 • Xtensa® 32 位 LX7 单核处理器，主频高达 240 • 320 KB SRAM MHz • 16 KB RTC SRAM • 128 KB ROM • SPI/QSPI/OSPI 接口外接多个 flash 和片外 RAM 高级外设接口和传感器 • 43 × GPIO 口 • LED PWM，多达 8 个通道 • 2 × 12 位 SAR ADC，多达 20 个通道 • 1 × 全速 USB OTG • 2 × 8 位 D/A 转换器 • 1 × 温度传感器 • 14 × 电容式传感 GPIO • 1 × DVP 8/16 camera 接口，与 I2 S 共用一套硬 件资源 • 4 × SPI • 1 × LCD 接口（8 位串口 RGB/8080/6800） ，与 • 1 × I2 S SPI2 共用一套硬件资源 • 2 × I2 C • 1 × LCD 接口（8/16/24 位并口） ，与 I²S 共用一 • 2 × UART 套硬件资源 • RMT (TX/RX) 安全机制 • 安全启动 – Hash (FIPS PUB 180-4) • Flash 加密 – RSA • 4096 位 OTP，用户可用的高达 1792 位 – 随机数生成器 (RNG) • 加密硬件加速器： – HMAC – 数字签名 – AES-128/192/256 (FIPS PUB 197) 乐鑫信息科技 4 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 应用（部分举例） • 通用低功耗 IoT 传感器 Hub • 音频设备 • 通用低功耗 IoT 数据记录器 – 网络音乐播放器 • 摄像头视频流传输 – 音频流媒体设备 • OTT 电视盒/机顶盒设备 – 网络广播 • USB 设备 • 健康/医疗/看护 • 语音识别 – 健康监测 • 图像识别 – 婴儿监控器 • Mesh 网络 • Wi-Fi 玩具 • 家庭自动化 – 遥控玩具 – 智能照明 – 距离感应玩具 – 智能插座 – 早教机 – 智能门锁 • 可穿戴电子产品 • 智慧楼宇 – 智能手表 – 照明控制 – 智能手环 – 能耗监测 • 零售 & 餐饮 • 工业自动化 – POS 系统 – 工业无线控制 – 服务机器人 – 工业机器人 • 触摸感应交互 • 智慧农业 – 防水功能 – 智能温室大棚 – 距离感应 – 智能灌溉 – 滑条、滚轮设计 – 农业机器人 乐鑫信息科技 5 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 目录 产品概述 3 功能框图 3 产品特性 4 应用 5 1 管脚定义 10 1.1 管脚布局 10 1.2 管脚描述 11 1.3 电源管理 14 1.4 Strapping 管脚 15 2 功能描述 17 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 CPU 和存储 17 2.1.1 CPU 17 2.1.2 片上存储 17 2.1.3 外部 Flash 和片外 RAM 17 2.1.4 存储器映射 18 2.1.5 Cache 18 系统时钟 19 2.2.1 CPU 时钟 19 2.2.2 RTC 时钟 19 2.2.3 音频 PLL 时钟 19 模拟外设 19 2.3.1 模/数转换器 (ADC) 19 2.3.2 数/模转换器 (DAC) 20 2.3.3 温度传感器 20 2.3.4 触摸传感器 20 数字外设 20 2.4.1 通用输入/输出接口 (GPIO) 20 2.4.2 串行外设接口 (SPI) 21 2.4.3 LCD 接口 22 2.4.4 通用异步收发器 (UART) 22 2.4.5 I²C 接口 22 2.4.6 I²S 接口 22 2.4.7 Camera 接口 22 2.4.8 红外遥控器 23 2.4.9 脉冲计数器 23 2.4.10 LED PWM 23 2.4.11 USB 1.1 OTG 接口 23 射频和 Wi-Fi 23 2.5.1 2.4 GHz 接收器 23 2.5.2 2.4 GHz 发射器 24 2.5.3 时钟生成器 24 乐鑫信息科技 6 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2.6 2.7 2.5.4 Wi-Fi 射频和基带 24 2.5.5 Wi-Fi MAC 24 2.5.6 联网特性 25 RTC 和低功耗管理 25 2.6.1 电源管理单元 (PMU) 25 2.6.2 超低功耗协处理器 (ULP) 25 定时器 26 2.7.1 64 位通用定时器 26 2.7.2 看门狗定时器 26 2.8 加密硬件加速器 27 2.9 物理安全特性 27 2.10 外设管脚分配 27 3 电气特性 31 3.1 绝对最大额定值 31 3.2 建议工作条件 31 3.3 VDD_SPI 输出特性 31 3.4 直流电气特性 (3.3 V, 25 °C) 32 3.5 ADC 特性 32 3.6 功耗特性 32 3.7 Wi-Fi 射频 34 3.7.1 发射器性能规格 34 3.7.2 接收器性能规格 34 4 封装信息 36 附录 A - ESP32-S2 管脚清单 37 A.1. IO MUX 37 A.2. GPIO_Matrix 38 修订历史 42 乐鑫信息科技 7 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 表格 1 管脚描述 11 2 ESP32-S2 上电、复位时序图参数说明 15 3 Strapping 管脚 15 4 ESP32-S2 上的电容式传感 GPIO 20 5 外设和传感器管脚分配 27 6 绝对最大额定值 31 7 建议工作条件 31 8 VDD_SPI 输出特性 31 9 直流电气特性 (3.3 V, 25 °C) 32 10 ADC 特性 32 11 RF 功耗 33 12 不同功耗模式下的功耗 33 13 发射器性能规格 34 14 接收器性能规格 34 15 GPIO 交换矩阵 38 乐鑫信息科技 8 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 插图 1 功能框图 2 ESP32-S2 管脚布局（俯视图） 10 3 ESP32-S2 数字电源管理 14 4 ESP32-S2 上电、复位时序图 15 5 地址映射结构 18 6 QFN56 (7×7 mm) 封装 36 乐鑫信息科技 3 9 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 1. 管脚定义 1. 管脚定义 43 MTCK 44 MTD0 45 VDD3P3_CPU 46 MTDI 47 MTMS 48 U0TXD 49 U0RXD 50 GPIO45 51 VDDA 52 XTAL_N 53 XTAL_P 54 VDDA 55 GPIO46 56 CHIP_PU 1.1 管脚布局 VDDA 1 42 GPIO38 LNA_IN 2 41 GPIO37 VDD3P3 3 40 GPIO36 VDD3P3 4 39 GPIO35 GPIO0 5 38 GPIO34 GPIO1 6 37 GPIO33 GPIO2 7 36 SPID GPIO3 8 35 SPIQ GPIO4 9 ESP32-S2 34 SPICLK GPIO5 10 33 SPICS0 GPIO6 11 32 SPIWP GPIO7 12 31 SPIHD GPIO8 13 30 VDD_SPI 57 GND GPIO21 28 VDD3P3_RTC_IO 27 GPIO20 26 GPIO19 25 DAC_2 24 DAC_1 23 XTAL_32K_N 22 XTAL_32K_P 21 VDD3P3_RTC 20 GPIO14 19 GPIO13 18 GPIO12 17 GPIO11 16 29 SPICS1 GPIO10 15 GPIO9 14 图 2: ESP32-S2 管脚布局（俯视图） 乐鑫信息科技 10 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 1. 管脚定义 乐鑫信息科技 1.2 管脚描述 表 1: 管脚描述 11 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 名称 No. 类型 电源域 VDDA 1 PA — 模拟电源 LNA_IN 2 I/O — 射频输入和输出 VDD3P3 3 PA — 模拟电源 VDD3P3 4 PA — 模拟电源 GPIO0 5 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO0, GPIO0 GPIO1 6 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO1, GPIO1, TOUCH1, ADC1_CH0 GPIO2 7 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO2, GPIO2, TOUCH2, ADC1_CH1 GPIO3 8 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO3, GPIO3, TOUCH3, ADC1_CH2 GPIO4 9 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO4, GPIO4, TOUCH4, ADC1_CH3 GPIO5 10 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO5, GPIO5, TOUCH5, ADC1_CH4 GPIO6 11 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO6, GPIO6, TOUCH6, ADC1_CH5 GPIO7 12 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO7, GPIO7, TOUCH7, ADC1_CH6 GPIO8 13 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO8, GPIO8, TOUCH8, ADC1_CH7 GPIO9 14 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO9, GPIO9, TOUCH9, ADC1_CH8, FSPIHD GPIO10 15 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO10, GPIO10, TOUCH10, ADC1_CH9, FSPICS0, FSPIIO4 GPIO11 16 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO11, GPIO11, TOUCH11, ADC2_CH0, FSPID, FSPIIO5 GPIO12 17 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO12, GPIO12, TOUCH12, ADC2_CH1, FSPICLK, FSPIIO6 GPIO13 18 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO13, GPIO13, TOUCH13, ADC2_CH2, FSPIQ, FSPIIO7 GPIO14 19 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO14, GPIO14, TOUCH14, ADC2_CH3, FSPIWP, FSPIDQS VDD3P3_RTC 20 PA — XTAL_32K_P 21 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO15, GPIO15, U0RTS, ADC2_CH4, XTAL_32K_P XTAL_32K_N 22 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO16, GPIO16, U0CTS, ADC2_CH5, XTAL_32K_N DAC_1 23 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO17, GPIO17, U1TXD, ADC2_CH6, DAC_1 DAC_2 24 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO18, GPIO18, U1RXD, ADC2_CH7, DAC_2, 功能 模拟电源 CLK_OUT3 12 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 No. 类型 电源域 GPIO19 25 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO19, GPIO19, U1RTS, ADC2_CH8, CLK_OUT2, USB_D- GPIO20 26 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO20, GPIO20, U1CTS, ADC2_CH9, CLK_OUT1, USB_D+ VDD3P3_RTC_IO 27 PD VDD3P3_RTC_IO RTC IO 电源输入 GPIO21 28 I/O/T VDD3P3_RTC_IO RTC_GPIO21, GPIO21 SPICS1 29 I/O/T VDD_SPI SPICS1, GPIO26 VDD_SPI 30 PD — SPIHD 31 I/O/T VDD_SPI SPIHD, GPIO27 SPIWP 32 I/O/T VDD_SPI SPIWP, GPIO28 SPICS0 33 I/O/T VDD_SPI SPICS0, GPIO29 SPICLK 34 I/O/T VDD_SPI SPICLK, GPIO30 SPIQ 35 I/O/T VDD_SPI SPIQ, GPIO31 SPID 36 I/O/T VDD_SPI SPID, GPIO32 GPIO33 37 I/O/T VDD3P3_CPU / VDD_SPI SPIIO4, GPIO33, FSPIHD GPIO34 38 I/O/T VDD3P3_CPU / VDD_SPI SPIIO5, GPIO34, FSPICS0 GPIO35 39 I/O/T VDD3P3_CPU / VDD_SPI SPIIO6, GPIO35, FSPID GPIO36 40 I/O/T VDD3P3_CPU / VDD_SPI SPIIO7, GPIO36, FSPICLK GPIO37 41 I/O/T VDD3P3_CPU / VDD_SPI SPIDQS, GPIO37, FSPIQ GPIO38 42 I/O/T VDD3P3_CPU GPIO38, FSPIWP MTCK 43 I/O/T VDD3P3_CPU MTCK, GPIO39, CLK_OUT3 MTDO 44 I/O/T VDD3P3_CPU MTDO, GPIO40, CLK_OUT2 VDD3P3_CPU 45 PD — MTDI 46 I/O/T VDD3P3_CPU MTDI, GPIO41, MTMS 47 I/O/T VDD3P3_CPU MTMS, GPIO42 U0TXD 48 I/O/T VDD3P3_CPU U0TXD, GPIO43, CLK_OUT1 U0RXD 49 I/O/T VDD3P3_CPU U0RXD, GPIO44, CLK_OUT2 GPIO45 50 I/O/T VDD3P3_CPU GPIO45 VDDA 51 PA — 模拟电源 XTAL_N 52 — — 外部主晶振输出 功能 1.8 V 或 VDD3P3_RTC_IO 电源输出 CPU IO 电源输入 CLK_OUT1 1. 管脚定义 乐鑫信息科技 反馈文档意见 名称 No. 类型 电源域 XTAL_P 53 — — 外部主晶振输入 VDDA 54 PA — 模拟电源 GPIO46 55 I VDD3P3_CPU GPIO46 CHIP_PU 56 I VDD3P3_RTC_IO 功能 高电平：芯片使能； 低电平：芯片关闭； 注意不能让 CHIP_PU 管脚浮空。 GND 57 G — 接地 说明： • P：电源管脚；I：输入；O：输出；T：可以被设置为高阻。 • ESP32-S2 的管脚 SPICS1, SPIHD, SPIWP, SPICS0, SPICLK, SPIQ, SPID 通常用于连接嵌入式 flash 和片外 RAM，不建议用于其他功能。 • ESP32-S2 和 flash 芯片的数据端口连接关系请参考章节 2.4.2。 13 反馈文档意见 • GPIO33、GPIO34、GPIO35、GPIO36、GPIO37 的电源域默认为 VDD3P3_CPU，也可由软件配置为 VDD_SPI。 • 本表中管脚功能仅指部分固定设置，对于可通过 GPIO 矩阵输入输出的信号，不受本表的限制。有关 GPIO 交换矩阵的更多信息，请参考表 15。 1. 管脚定义 乐鑫信息科技 名称 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 1. 管脚定义 1.3 电源管理 ESP32-S2 的数字管脚可分为 4 种不同的电源域： • VDD3P3_RTC_IO • VDD3P3_CPU • VDD_SPI • VDD3P3_RTC VDD3P3_RTC_IO 同时是 RTC 和 CPU 的输入电源。 VDD3P3_CPU 是 CPU 的输入电源。 VDD_SPI 可以作为输入电源或输出电源。VDD_SPI 与一个内置 LDO 的输出相连，该内置 LDO 的输入是 VDD3P3_RTC_IO。 VDD_SPI 可以与 VDD3P3_RTC_IO 连接在相同的电源上，这时内置 LDO 应该被关闭。 VDD3P3_RTC 是 RTC 模拟的输入电源。 ESP32-S2 的数字电源管理如图 3 所示： VDD3P3_RTC_IO LDO RSPI 1.8 V LDO 1.1 V VDD3P3_CPU VDD3P3_RTC LDO 1.1 V VDD_SPI 3.3 V or 1.8 V VDD_SPI RTC CPU Domain Domain Domain RTC IO RTC analog Domain 图 3: ESP32-S2 数字电源管理 VDD_SPI 可选择由内置 LDO 供电（电压为 1.8 V）或由 VDD3P3_RTC_IO 通过电阻 RSP I 后供电（电压典型值 为 3.3 V）。在 Deep-sleep 模式下，为了使 flash 漏电降到最低，可以通过软件关闭 VDD_SPI 电源。 关于 CHIP_PU 的说明： 下图为 ESP32-S2 上电、复位时序图。各参数说明如表 2 所示。 乐鑫信息科技 14 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 1. 管脚定义 t0 t1 2.8 V VDDA, VDD3P3, VDD3P3_RTC, VDD3P3_RTC_IO, VDD3P3_CPU VIL_nRST CHIP_PU 图 4: ESP32-S2 上电、复位时序图 表 2: ESP32-S2 上电、复位时序图参数说明 参数 t0 t1 最小值 说明 CHIP_PU 管脚上电晚于 VDDA、VDD3P3、VDD3P3_RTC、VDD3P3_RTC_IO、 VDD3P3_CPU 上电的延时时间 CHIP_PU 电平低于 VIL_nRST （其值可在表 9 直流电气特性中查看）的时间 单位 0.5 ms 0.5 ms 1.4 Strapping 管脚 ESP32-S2 共有 3 个 Strapping 管脚。 • GPIO0 • GPIO45 • GPIO46 软件可以读取寄存器“GPIO_STRAPPING”中这几个管脚 strapping 的值。 在芯片的系统复位（上电复位、RTC 看门狗复位、欠压复位、模拟超级看门狗 (analog super watchdog) 复位、晶 振时钟毛刺检测复位）过程中，Strapping 管脚对自己管脚上的电平采样并存储到锁存器中，锁存值为“0”或 “1”，并一直保持到芯片掉电或关闭。 GPIO0, GPIO45, GPIO46 默认连接内部上拉/下拉。如果这些管脚没有外部连接或者连接的外部线路处于高阻抗 状态，内部弱上拉/下拉将决定这几个管脚输入电平的默认值。 为改变 Strapping 的值，用户可以应用外部下拉/上拉电阻，或者应用主机 MCU 的 GPIO 控制 ESP32-S2 上电复 位时的 Strapping 管脚电平。 复位放开后，Strapping 管脚和普通管脚功能相同。 配置 Strapping 管脚的详细启动模式请参阅表 3 。 表 3: Strapping 管脚 VDD_SPI 电压 1 管脚 默认 3.3 V GPIO45 下拉 0 1.8 V 1 系统启动模式 2 管脚 默认 SPI 启动模式 下载启动模式 GPIO0 上拉 1 0 乐鑫信息科技 15 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 1. 管脚定义 GPIO46 下拉 无关项 系统启动过程中，控制 ROM Code 打印 0 3 4 管脚 默认 正常打印 上电不打印 GPIO46 下拉 详见第 4 条说明 详见第 4 条说明 说明： 1. VDD_SPI 电压由 GPIO45 的 strapping 值或 eFuse 中 VDD_SPI_TIEH 决定。eFuse 中 VDD_SPI_FORCE 选择决 定方式：0：由 GPIO45 的 strapping 值决定；1：由 eFuse 中 VDD_SPI_TIEH 决定。 2. GPIO0、GPIO46 组合为 (0, 1) 不可使用。 3. ROM Code 上电打印默认通过 U0TXD 管脚，可以由 eFuse 位控制切换到 DAC_1 管脚。 4. eFuse 的 UART_PRINT_CONTROL 为 0 时，上电正常打印，不受 GPIO46 控制。 1 时，GPIO46 为 0：上电正常打印；GPIO46 为 1：上电不打印。 2 时，GPIO46 为 0：上电不打印；GPIO46 为 1：上电正常打印。 3 时，上电不打印，不受 GPIO46 控制。 乐鑫信息科技 16 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 2. 功能描述 本章描述 ESP32-S2 的各个功能模块。 2.1 CPU 和存储 2.1.1 CPU ESP32-S2 搭载低功耗 Xtensa® LX7 32 位单核处理器，具有以下特性： • 7 级流水线架构，支持高达 240 MHz 的时钟频率 • 16 位 / 24 位指令集提供高代码密度 • 支持 32 位乘法器、32 位除法器 • 非缓存 GPIO 指令 • 支持 6 级 32 个中断 • 支持 windowed ABI，64 个物理通用寄存器 • 支持带 TRAX 压缩模块的 trace 功能，最大 16 KB trace memory • 用于调试的 JTAG 接口 2.1.2 片上存储 ESP32-S2 片上存储包括： • 128 KB ROM：用于程序启动和内核功能调用 • 320 KB 片上 SRAM：用于数据和指令存储 • RTC 快速存储器：为 8 KB SRAM，可被主 CPU 访问，在 Deep-sleep 模式下可以保存数据 • RTC 慢速存储器：可被主 CPU 或协处理器访问，在 Deep-sleep 模式下可以保存数据 • 4 Kbit eFuse：其中 1792 位保留给用户使用，例如用于存储密钥和设备 ID 2.1.3 外部 Flash 和片外 RAM ESP32-S2 支持多个外部 QSPI/OSPI flash 和片外 RAM。ESP32-S2 还支持基于 XTS-AES 的硬件加解密功能，从 而保护开发者 flash 和片外 RAM 中的程序和数据。 CPU 的指令空间、只读数据空间可以映射到外部 flash 和片外 RAM，CPU 的数据空间还可以映射到片外 RAM。 外部 flash 和片外 RAM 各可以最大支持 1 GB。 通过高速缓存，ESP32-S2 一次最多可以同时有： • 7.5 MB 的指令空间映射到 flash 与片外 RAM。如果实际使用指令空间大小超出 3.5 MB，则可能由于 CPU 的内部流水线特性导致 cache 性能略有降低。 • 4 MB 的只读数据空间以 64 KB 的块映射到 flash 或片外 RAM，支持 8 位、16 位、32 位读取。 • 10.5 MB 的数据空间以 64 KB 的块映射到片外 RAM。支持 8 位、16 位、32 位读写。10.5 MB 也可以是 只读数据空间，映射到 flash。 乐鑫信息科技 17 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 说明： 芯片启动完成后，软件可以自定义片外 RAM 或 flash 到 CPU 地址空间的映射。 2.1.4 存储器映射 ESP32-S2 的地址映射结构如图 5 所示。 0x0000_0000 0x3EFF_FFFF 0x3F00_0000 0x3F3F_FFFF 0x3F40_0000 0x3F4F_FFFF 0x3F50_0000 0x3FF7_FFFF 0x3FF8_0000 0x3FF9_DFFF 0x3FF9_E000 0x3FFF_FFFF Cache 0x4000_0000 0x4007_1FFF 0x4007_2000 0x4007_FFFF 0x4008_0000 0x407F_FFFF External memory Embedded memory DMA 0x4080_0000 0x4FFF_FFFF MMU 0x5000_0000 0x5000_1FFF 0x5000_2000 0x5FFF_FFFF 0x6000_0000 0x600B_FFFF DMA Peripheral 0x600C_0000 0x617F_FFFF 0x6180_0000 0x6180_3FFF 0x6180_4000 0xFFFF_FFFF 图 5: 地址映射结构 说明： 图中灰色背景标注的地址空间不可用。 2.1.5 Cache ESP32-S2 包含独立的指令和数据 cache，具有以下特性： • 可独立配置大小，8 KB 或 16 KB • 4 路组关联 • 块大小支持 16 字节或 32 字节 • 支持 pre-load 功能 乐鑫信息科技 18 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 • 支持 lock 功能 • 支持关键字优先 (critical word first) 和提前重启 (early restart) 2.2 系统时钟 2.2.1 CPU 时钟 CPU 时钟有 4 种可能的时钟源： • 外置 40 MHz 主晶振时钟 • 内置 8 MHz 振荡器时钟 • PLL 时钟 • 音频 PLL 时钟 应用程序可以在外置主晶振、PLL 时钟、音频 PLL 时钟和内置 8 MHz 时钟中选择一个作为时钟源。根据不同的 应用程序，被选择的时钟源直接或在分频之后驱动 CPU 时钟。 2.2.2 RTC 时钟 RTC 慢速时钟有 3 种可能的时钟源： • 外置低速 (32 kHz) 晶振时钟 • 内置 RC 振荡器（通常为 150 kHz，频率可调节） • 内置 31.25 kHz 时钟（由内置 8 MHz 振荡器时钟经 256 分频生成） RTC 快速时钟有 2 种可能的时钟源： • 外置主晶振的 4 分频时钟 • 内置 8 MHz 振荡器时钟 RTC 慢速时钟应用于 RTC 计数器、RTC 看门狗和低功耗控制器；RTC 快速时钟应用于 RTC 外设和传感器控制 器。 2.2.3 音频 PLL 时钟 音频时钟由超低噪声小数分频 PLL 生成。 2.3 模拟外设 2.3.1 模/数转换器 (ADC) ESP32-S2 集成了 2 个 12 位 SAR ADC，共支持 20 个模拟通道输入。为了实现更低功耗，ESP32-S2 的 ULP 协 处理器也可以在睡眠方式下测量电压，此时，可通过设置阈值或其他触发方式唤醒 CPU。 最多可配置 20 个管脚的 ADC，用于电压模数转换。 有关 ADC 特性，请参考表 10。 乐鑫信息科技 19 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 2.3.2 数/模转换器 (DAC) ESP32-S2 有 2 个 8 位 DAC 通道，将 2 路数字信号分别转化为 2 个模拟电压信号输出，两个通道可以独立地工 作。DAC 电路由内置电阻串和 1 个缓冲器组成。DAC 的参考电压为 VDD3P3_RTC_IO。 2.3.3 温度传感器 温度传感器生成一个随温度变化的电压。内部 ADC 将传感器电压转化为一个数字量。 温度传感器的测量范围为–20 °C 到 110 °C。温度传感器一般只适用于监测芯片内部温度的变化，该温度值会随 着微控制器时钟频率或 IO 负载的变化而变化。一般来讲，芯片内部温度会高于外部温度。 2.3.4 触摸传感器 ESP32-S2 提供了多达 14 个电容式传感 GPIO，能够探测由手指或其他物品直接接触或接近而产生的电容差异。 这种设计具有低噪声和高灵敏度的特点，可以用于支持使用相对较小的触摸板。设计中也可以使用触摸板阵列 以探测更大区域或更多点。ESP32-S2 的触摸传感器同时还支持防水和数字滤波等功能来进一步提高传感器的 性能。表 4 列出了 14 个电容式传感 GPIO。 表 4: ESP32-S2 上的电容式传感 GPIO 电容式传感信号名称 管脚名称 TOUCH1 GPIO1 TOUCH2 GPIO2 TOUCH3 GPIO3 TOUCH4 GPIO4 TOUCH5 GPIO5 TOUCH6 GPIO6 TOUCH7 GPIO7 TOUCH8 GPIO8 TOUCH9 GPIO9 TOUCH10 GPIO10 TOUCH11 GPIO11 TOUCH12 GPIO12 TOUCH13 GPIO13 TOUCH14 GPIO14 2.4 数字外设 2.4.1 通用输入/输出接口 (GPIO) ESP32-S2 共有 43 个 GPIO 管脚，通过配置对应的寄存器，可以为这些管脚分配不同的功能。除作为数字信号 管脚外，部分 GPIO 管脚也可配置为模拟功能管脚，比如 ADC、DAC、touch 等管脚。 除 GPIO46 为固定下拉外，其余 GPIO 都可以被配置为内部上拉/下拉，或者被设置为高阻。当被配置为输入 时，软件可通过读取寄存器获取输入值。输入管脚也可以被设置为通过边缘触发或电平触发来产生 CPU 中断。 除 GPIO46 只有输入功能外，其他数字 IO 管脚都是双向、非反相和三态的，包括带有三态控制的输入和输出 缓冲器。这些管脚可以复用作其他功能，例如 UART、SPI 等。当芯片低功耗运行时，GPIO 可被设定为保持状 态。 乐鑫信息科技 20 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 2.4.2 串行外设接口 (SPI) ESP32-S2 共有 4 个 SPI（SPI0，SPI1，SPI2 和 SPI3）。SPI0 和 SPI1 只可以配置成 SPI 存储器模式，SPI2 既 可以配置成 SPI 存储器模式又可以配置成通用 SPI 模式；SPI3 只可以配置成通用 SPI 模式。 • SPI 存储器 (SPI Memory) 模式 SPI 存储器模式（SPI0, SPI1 和 SPI2）用于连接 SPI 接口的外部存储器。SPI 存储器模式下数据传输长度 以字节为单位，最高支持 8 线 STR/DDR 读写操作。时钟频率可配置, STR 模式下支持的最高时钟频率为 80 MHz，DDR 模式下支持的最高时钟频率为 40 MHz。 • SPI2 通用 SPI (GP-SPI) 模式 SPI2 作为通用 SPI 时，既可以配置成主机模式，又可以配置成从机模式。主机模式支持 2 线全双工和 1/2/4/8 线半双工通信；从机模式支持 2 线全双工和 1/2/4 线半双工通信。通用 SPI 的主机时钟频率可配 置；数据传输长度以字节为单位；时钟极性 (CPOL) 和相位 (CPHA) 可配置；可连接 DMA 通道。 – 在 2 线全双工通信模式下, 主机的时钟最高频率为 80 MHz，从机的时钟最高频率为 40 MHz。支持 SPI 传输的 4 种时钟模式。 – 在主机 1/2/4/8 线半双工通信模式下，时钟频率最高为 80 MHz，支持 SPI 传输的 4 种时钟模式。 – 在从机 1/2/4 线半双工通信模式下，时钟频率最高为 40 MHz，也支持 SPI 传输的 4 种时钟模式。 • SPI3 通用 SPI (GP-SPI) 模式 SPI3 只能作为通用 SPI，既可以配置成主机模式，又可以配置成从机模式，具有 2 线全双工和 1 线半双工 通信功能。通用 SPI 的主机时钟频率可配置；数据传输长度以字节为单位；时钟极性 (CPOL) 和相位 (CPHA) 可配置；可连接 DMA 通道。 – 在 2 线全双工通信模式下, 主机的时钟频率最高为 80 MHz，从机的时钟频率最高为 40 MHz。支持 SPI 传输的 4 种时钟模式。 – 在 1 线半双工通信模式下，主机的时钟频率最高为 80 MHz，支持 SPI 传输的 4 种时钟模式；从机的 时钟频率最高为 40 MHz，也支持 SPI 传输的 4 种时钟模式。 通常情况下，ESP32-S2 和 flash 芯片的数据端口连接关系是： SPI 8 线模式时： • SPID (SPID) = IO0 • SPIQ (SPIQ) = IO1 • SPIWP (SPIWP) = IO2 • SPIHD (SPIHD) = IO3 • GPIO33 = IO4 • GPIO34 = IO5 • GPIO35 = IO6 • GPIO36 = IO7 • GPIO37 = DQS SPI 4 线模式时： • SPID (SPID) = IO0 • SPIQ (SPIQ) = IO1 乐鑫信息科技 21 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 • SPIWP (SPIWP) = IO2 • SPIHD (SPIHD) = IO3 SPI 2 线模式时： • SPID (SPID) = IO0 • SPIQ (SPIQ) = IO1 SPI 1 线模式时： • SPIQ (SPIQ) = DO • SPID (SPID) = DI • SPIHD (SPIHD) = HOLD# • SPIWP (SPIWP) = WP# 2.4.3 LCD 接口 支持 8 位串口 RGB、8080、6800 接口，与 SPI2 共用一套硬件资源。支持 8/16/24 位并口接口 (8080)，与 I²S 共用一套硬件资源。 2.4.4 通用异步收发器 (UART) ESP32-S2 有 2 个 UART 接口，即 UART0、UART1，支持异步通信（RS232 和 RS485）和 IrDA，通信速率可达 到 5 Mbps。UART 支持 CTS 和 RTS 信号的硬件管理以及软件流控（XON 和 XOFF）。这两个接口均可被 DMA 访问或者 CPU 直接访问。 2.4.5 I²C 接口 ESP32-S2 有 2 个 I²C 总线接口，根据用户的配置，总线接口可以用作 I²C 主机或从机模式。I²C 接口支持： • 标准模式 (100 Kbit/s) • 高速模式 (400 Kbit/s) • 速度最高可达 5 MHz，但受制于 SDA 上拉强度 • 7 位/10 位寻址模式 • 双寻址模式 用户可以配置指令寄存器来控制 I2 C 接口，从而实现更多灵活的应用。 2.4.6 I²S 接口 ESP32-S2 有 1 个标准 I²S 接口，可以以主机或从机模式，在全双工或半双工模式下工作，并且可被配置为 8/16/24/32/48/64 位的输入输出通道，支持频率从 10 kHz 到 40 MHz 的 BCK 时钟。 I²S 接口有专用的 DMA 控制器。支持 PCM 接口。 2.4.7 Camera 接口 ESP32-S2 支持 8 位或 16 位 DVP 图像传感器接口，最高时钟频率支持到 40 MHz，但与 I²S 接口共用一套硬件 资源。 乐鑫信息科技 22 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 2.4.8 红外遥控器 红外遥控器支持 4 通道的红外发射和接收。通过程序控制脉冲波形，遥控器可以支持多种红外协议和单线协议。 4 个通道共用 1 个 256 × 32 位的存储模块来存放收发的波形。 2.4.9 脉冲计数器 脉冲计数器通过多种模式捕捉脉冲并对脉冲边沿计数。内部有 4 个通道，每个通道一次可同时捕捉 4 个信号。每 组 4 个输入包括 2 个脉冲信号和 2 个控制信号。 2.4.10 LED PWM LED PWM 控制器可以用于生成 8 路独立的数字波形。它具有如下特性： • 波形的周期和占空比可配置，在信号周期为 1 ms 时，占空比精确度可达 18 位 • 多种时钟源选择，包括：APB 总线时钟、外置主晶振时钟 • 可在 Light-sleep 模式下工作 • 支持硬件自动步进式地增加或减少占空比，可用于 LED RGB 彩色梯度发生器 2.4.11 USB 1.1 OTG 接口 ESP32-S2 带有一个集成了收发器的全速 USB OTG 外设，符合 USB 1.1 规范。它具有以下特性： • 软件可配置的端点设置，支持挂起/恢复。 • 支持动态 FIFO 大小 • 会话请求协议 (SRP) 和主机协商协议 (HNP)。 • 芯片内部已集成全速 USB PHY。 2.5 射频和 Wi-Fi ESP32-S2 射频包含以下主要模块： • 2.4 GHz 接收器 • 2.4 GHz 发射器 • 偏置 (Bias) 和线性稳压器 • Balun 和收发切换器 • 时钟生成器 2.5.1 2.4 GHz 接收器 2.4 GHz 接收器将 2.4 GHz 射频信号解调为正交基带信号，并用 2 个高精度、高速的 ADC 将后者转为数字信 号。为了适应不同的信道情况，ESP32-S2 集成了 RF 滤波器、自动增益控制 (AGC)、DC 偏移补偿电路和基带 滤波器。 乐鑫信息科技 23 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 2.5.2 2.4 GHz 发射器 2.4 GHz 发射器将正交基带信号调制为 2.4 GHz 射频信号，使用大功率互补金属氧化物半导体 (CMOS) 功率放 大器驱动天线。数字校准进一步改善了功率放大器的线性。 为了抵消射频接收器的瑕疵，ESP32-S2 还另增了校准措施，例如: • 载波泄露消除 • I/Q 幅度/相位匹配 • 基带非线性抑制 • 射频非线性抑制 • 天线匹配 这些内置校准措施缩短了产品测试的成本和时间，并且不再需要测试设备。 2.5.3 时钟生成器 时钟生成器为接收器和发射器生成 2.4 GHz 正交时钟信号，所有部件均集成于芯片上，包括电感、变容二极管、 环路滤波器、线性稳压器和分频器。 时钟生成器带有内置校准电路和自测电路。运用自主知识产权的优化算法，对正交时钟的相位和相位噪声进行 优化处理，使接收器和发射器都有最好的性能表现。 2.5.4 Wi-Fi 射频和基带 ESP32-S2 Wi-Fi 射频和基带支持以下特性： • 802.11b/g/n • 802.11n MCS0-7 支持 20 MHz 和 40 MHz 带宽 • 802.11n MCS32 • 802.11n 0.4 µs 保护间隔 • 数据率高达 150 Mbps • STBC RX（单空间流） • 可调节的发射功率 • 天线分集； ESP32-S2 支持基于外部射频开关的天线分集与选择。外部射频开关由一个或多个 GPIO 管脚控制，用来 选择最合适的天线以减少信道衰落的影响。 2.5.5 Wi-Fi MAC ESP32-S2 完全遵循 802.11 b/g/n Wi-Fi MAC 协议栈，支持分布式控制功能 (DCF) 下的基本服务集 (BSS) STA 和 SoftAP 操作。支持通过最小化主机交互来优化有效工作时长，以实现功耗管理。 ESP32-S2 Wi-Fi MAC 自行支持的底层协议功能如下： • 4 × 虚拟 Wi-Fi 接口 • 同时支持基础结构型网络 (Infrastructure BSS) Station 模式/SoftAP 模式/混杂模式 • RTS 保护，CTS 保护，立即块回复 (Immediate Block ACK) 乐鑫信息科技 24 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 • 分片和重组 (Fragmentation & defragmentation) • TX/RX A-MPDU, RX A-MSDU • TXOP • 无线多媒体 (WMM) • CCMP, TKIP, WAPI, WEP, BIP • 自动 Beacon 监测（硬件 TSF） • 802.11mc FTM 2.5.6 联网特性 乐鑫提供的固件支持 TCP/IP 联网、ESP-MESH 联网或其他 Wi-Fi 联网协议，同时也支持 TLS 1.0, 1.1, 1.2。 2.6 RTC 和低功耗管理 2.6.1 电源管理单元 (PMU) ESP32-S2 采用了先进的电源管理技术，可以在不同的功耗模式之间切换。ESP32-S2 支持的功耗模式有： • Active 模式：CPU 和芯片射频处于工作状态。芯片可以接收、发射和侦听信号。 • Modem-sleep 模式：CPU 可运行，时钟频率可配置。Wi-Fi 基带和射频关闭，但 Wi-Fi 可保持连接。 • Light-sleep 模式：CPU 暂停运行。RTC 外设以及 ULP 协处理器运行。任何唤醒事件（MAC、主机、RTC 定时器或外部中断）都会唤醒芯片。Wi-Fi 可保持连接。 • Deep-sleep 模式：CPU 和大部分外设都会掉电，只有 RTC 存储器和 RTC 外设处于工作状态。Wi-Fi 连接 数据存储在 RTC 中。ULP 协处理器可以工作。 • Hibernation 模式：内置的 8 MHz 振荡器和 ULP 协处理器均被禁用。RTC 存储器的电源被切断。只有 1 个 位于低速时钟上的 RTC 时钟定时器和某些 RTC GPIO 在工作。RTC 时钟定时器或 RTC GPIO 可以将芯片 从 Hibernation 模式中唤醒。 设备在不同的功耗模式下有不同的电流消耗，详情请见表 12。 2.6.2 超低功耗协处理器 (ULP) ULP 处理器可以用于在正常工作模式下协助 CPU，也可以用于在系统休眠时代替 CPU 来执行任务。ULP 处理 器和 RTC 存储器在 Deep-sleep 模式下仍保持工作状态。因此，开发者可以将 ULP 协处理器的程序存放在 RTC 慢速存储器中，使其能够在 Deep-sleep 模式下访问 RTC GPIO、RTC 外设、RTC 定时器和内置传感器。 ESP32-S2 集成了两个协处理器，分别基于 RISCV 指令集 (ULP-RISCV) 和有限状态机 FSM 架构 (ULP-FSM)。 ULP-RISCV 协处理器具有以下特性： • 支持 IMC 指令集 • 32 个 32 位通用寄存器 • 32 位乘除法器 • 支持中断 • 支持被主 CPU、专用定时器、RTC GPIO 启动 乐鑫信息科技 25 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 ULP-FSM 协处理器具有以下特性： • 支持常用指令，包括运算、跳转、控制等 • 支持传感器专用指令 • 支持被主 CPU、专用定时器、RTC GPIO 启动 注意：两个协处理器不能同时使用。 2.7 定时器 2.7.1 64 位通用定时器 ESP32-S2 内置 4 个 64 位通用定时器，具有 16 位分频器和 64 位可自动重载的向上/向下计时器。 定时器具有如下功能： • 16 位时钟预分频器，分频系数为 1-65536 • 64 位时基计数器可配置成递增或递减 • 可读取时基计数器的实时值 • 暂停和恢复时基计数器器 • 可配置的报警产生机制 • 计数器值重新加载（报警时自动重新加载或软件控制的即时重新加载） • 电平触发中断和边沿触发中断机制 2.7.2 看门狗定时器 ESP32-S2 中有三个看门狗定时器：两个定时器组中各一个（称作主系统看门狗定时器，缩写为 MWDT） ，RTC 模 块中一个（称作 RTC 看门狗定时器，缩写为 RWDT） 。看门狗在运行期间会经历四个阶段（除非看门狗被按时喂 狗或者处于关闭状态），每个阶段均可配置单独的超时时间和超时动作，其中除了 RWDT 支持四种超时动作外， 其它两个看门狗仅支持三种。超时动作包括：中断、CPU 复位、内核复位和系统复位。其中，只有 RWDT 能够触 发系统复位，即复位芯片内部所有的数字电路，包括 RTC 和主系统。每个阶段的超时时间都可单独设置。 在引导加载 flash 固件期间，RWDT 和第一个 MWDT 会自动使能，以检测引导过程中发生的错误，并恢复运 行。 看门狗定时器具有如下特性： • 四个阶段，每个阶段都可配置超时时间。每阶段都可单独配置、使能和关闭。 • 如在某个阶段发生超时，则会采取三或四种（分别针对 MWDT 和 RWDT）动作中的一种（中断、CPU 复 位、内核复位和系统复位） 。 • 保护 32 位超时计数器，防止 RWDT 和 MWDT 的配置被无意间更改。 • Flash 启动保护 如果在预定时间内 SPI flash 的引导过程没有完成，看门狗会重启整个主系统。 乐鑫信息科技 26 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 2.8 加密硬件加速器 ESP32-S2 配备硬件加速器，支持一些通用加密算法，比如 AES (FIPS PUB 197)、ECB/CBC/OFB/CFB/CTR (NIST SP 800-38A)、GCM (NIST SP 800-38D)、SHA (FIPS PUB 180-4)、RSA 和 ECC 等，还支持大数乘法、大数模乘 等独立运算，其中 RSA 和大数模乘运算最大长度可达 4096 位，大数乘法的因子最大长度可达 2048 位。 2.9 物理安全特性 • 外部 flash 和片外 RAM 通过 AES-XTS 算法进行加密，加密算法使用的密钥无法被软件读写，因此用户的 应用程序代码与数据不会被非法获取。 • 安全启动功能确保只启动已签名（具有 RSA-PSS 签名）的固件，此功能的可信度是根植于硬件逻辑。 • HMAC 模块可以使用软件无法访问的安全密钥来生成用于身份验证或其他用途的 MAC 签名。 • 数字签名模块可以使用软件无法访问的 RSA 密钥生成用于身份验证的 RSA 签名。 2.10 外设管脚分配 表 5: 外设和传感器管脚分配 接口 信号 管脚 功能 ADC ADC1_CH0 GPIO1 2 个 12 位 SAR ADC ADC1_CH1 GPIO2 ADC1_CH2 GPIO3 ADC1_CH3 GPIO4 ADC1_CH4 GPIO5 ADC1_CH5 GPIO6 ADC1_CH6 GPIO7 ADC1_CH7 GPIO8 ADC1_CH8 GPIO9 ADC1_CH9 GPIO10 ADC2_CH0 GPIO11 ADC2_CH1 GPIO12 ADC2_CH2 GPIO13 ADC2_CH3 GPIO14 ADC2_CH4 XTAL_32K_P ADC2_CH5 XTAL_32K_N ADC2_CH6 DAC_1 ADC2_CH7 DAC_2 ADC2_CH8 GPIO19 ADC2_CH9 GPIO20 DAC_1 DAC_1 DAC_2 DAC_2 DAC 乐鑫信息科技 27 反馈文档意见 2 个 8 位 DAC ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 接口 信号 管脚 功能 触摸传感器 TOUCH1 GPIO1 电容式触摸传感器 TOUCH2 GPIO2 TOUCH3 GPIO3 TOUCH4 GPIO4 TOUCH5 GPIO5 TOUCH6 GPIO6 TOUCH7 GPIO7 TOUCH8 GPIO8 TOUCH9 GPIO9 TOUCH10 GPIO10 TOUCH11 GPIO11 TOUCH12 GPIO12 TOUCH13 GPIO13 TOUCH14 GPIO14 MTDI MTDI MTCK MTCK MTMS MTMS MTDO MTDO U0RXD_in 任意 GPIO 管脚 2 个 UART 设备，支持硬件流控制和 DMA 任意 GPIO 管脚 2 个 I2 C 设备，支持主机或从机模式 任意 GPIO 管脚 8 路独立通道；时钟可选择 80 MHz 时钟/RTC JTAG UART 软件调试 JTAG U0CTS_in U0DSR_in U0TXD_out U0RTS_out U0DTR_out U1RXD_in U1CTS_in U1TXD_out U1RTS_out 2 I C I2CEXT0_SCL_in I2CEXT0_SDA_in I2CEXT1_SCL_in I2CEXT1_SDA_in I2CEXT0_SCL_out I2CEXT0_SDA_out I2CEXT1_SCL_out I2CEXT1_SDA_out LED PWM ledc_ls_sig_out0~7 时钟/XTAL 时钟。占空比精确度：18 位。 2 I S I2S0I_DATA_in0~15 任意 GPIO 管脚 用于串行立体声数据的输入输出，并行 LCD 数据的输出，camera 并行数据的输入。 I2S0O_BCK_in I2S0O_WS_in I2S0I_BCK_in I2S0I_WS_in I2S0I_H_SYNC I2S0I_V_SYNC 乐鑫信息科技 28 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 2. 功能描述 接口 信号 管脚 功能 任意 GPIO 管脚 4 路 IR 收发器，支持不同波形标准。 SPICLK_out SPICLK 支持 Standard SPI、Dual SPI、QSPI、 SPICS0_out SPICS0 QPI、OSPI 和 OPI，支持 STR 和 DDR 模式， SPICS1_out SPICS1 可以连接外部 flash 和片外 RAM。 SPID_in/out SPID SPIQ_in/out SPIQ SPIWP_in/out SPIWP SPIHD_in/out SPIHD SPID4_in/out GPIO33 SPID5_in/out GPIO34 SPID6_in/out GPIO35 SPID7_in/out GPIO36 SPIDQS_in/out GPIO37 FSPICLK_in/out 任意 GPIO 管脚 I2S0I_H_ENABLE I2S0O_BCK_out I2S0O_WS_out I2S0I_BCK_out I2S0I_WS_out I2S0O_DATA_out0~23 红外遥控器 RMT_SIG_IN0~3 RMT_SIG_OUT0~3 SPI0/1 SPI2 支持 SPI 接口，可连接至 LCD 等外设设备， 支持以下功能： FSPICS0_in/out FSPICS1 ~ 5_out • 主机和从机模式； FSPID_in/out • SPI 传输的 4 种时钟模式； FSPIQ_in/out • 可配置的 SPI 频率； FSPIWP_in/out • 72 字节缓存或 DMA 数据缓存。 FSPIHD_in/out 支持 Standard SPI、Dual SPI、QSPI、QPI、 FSPIIO4 ~ 7_in/out OSPI 和 OPI，支持 STR 和 DDR 模式，可以 FSPIDQS_out 连接外部 flash 和片外 RAM。 FSPICD_out FSPI_VSYNC_out FSPI_HSYNC_out FSPI_DE_out SPI3 SPI3_CLK_in/out 任意 GPIO 管脚 支持 Standard SPI 接口，包括以下功能： SPI3_CS0_in/out • 主机和从机模式； SPI3_CS1_out • SPI 传输的 4 种时钟模式； SPI3_CS2_out • 可配置的 SPI 频率； SPI3_D_in/out • 72 字节缓存或 DMA 数据缓存。 SPI3_Q_in/out SPI3_HD_in/out SPI3_DQS_out SPI3_CD_out 脉冲计数器 pcnt_sig_ch0_in0 任意 GPIO 管脚 脉冲计数器通过多种模式捕捉脉冲并对脉冲 边沿计数。 pcnt_sig_ch1_in0 pcnt_ctrl_ch0_in0 乐鑫信息科技 29 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 3. 功能描述 接口 信号 管脚 功能 D- GPIO19 全速 USB OTG D+ GPIO20 pcnt_ctrl_ch1_in0 pcnt_sig_ch0_in1 pcnt_sig_ch1_in1 pcnt_ctrl_ch0_in1 pcnt_ctrl_ch1_in1 pcnt_sig_ch0_in2 pcnt_sig_ch1_in2 pcnt_ctrl_ch0_in2 pcnt_ctrl_ch1_in2 pcnt_sig_ch0_in3 pcnt_sig_ch1_in3 pcnt_ctrl_ch0_in3 pcnt_ctrl_ch1_in3 USB OTG 说明： • GPIO46 只有输入功能，不能用于输出信号。 乐鑫信息科技 30 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 3. 电气特性 3. 电气特性 3.1 绝对最大额定值 超出绝对最大额定值可能导致器件永久性损坏。这只是强调的额定值，不涉及器件的功能性操作。 表 6: 绝对最大额定值 符号 参数 VDDA, VDD3P3, VDD3P3_RTC, VDD3P3_CPU, VDD_SPI, VDD3P3_RTC_IO TST ORE 最小值 最大值 单位 电源管脚电压 –0.3 3.6 V 存储温度 –40 150 °C 3.2 建议工作条件 表 7: 建议工作条件 符号 参数 最小值 典型值 最大值 单位 电源管脚电压 2.8 3.3 3.6 V — 1.8 3.3 3.6 V — 3.0 3.3 3.6 V VDD3P3_CPU 电源管脚电压 2.8 3.3 3.6 V IV DD 外部电源的供电电流 0.5 — — A TJ 结温 –40 — 125 °C VDDA, VDD3P3, VDD3P3_RTC VDD_SPI（作为输入电源） VDD3P3_RTC_IO 1 2 说明： 1. 更多信息请参考章节 1.3 电源管理。 2. 在使用 VDD_SPI 为外设供电的使用场景中，VDD3P3_RTC_IO 还应满足外设的使用要求，详见表 8。 3. 使用单电源供电时，输出电流需要达到 500 mA 及以上。 3.3 VDD_SPI 输出特性 表 8: VDD_SPI 输出特性 典型值 单位 3.3 V 模式导通电阻 5 Ω 1.8 V 模式输出电流 40 mA 符号 参数 RSP I ISP I 说明： 在实际使用情况下，当 VDD_SPI 为 3.3 V 输出模式的时候，VDD3P3_RTC_IO 需要考虑到 RSP I 的影响。比如在外接 3.3 V flash 的情况下： VDD3P3_RTC_IO > VDD_flash_min + I_flash_max*RSP I 其中，VDD_flash_min 为 flash 的最低工作电压，I_flash_max 为 flash 的最大工作电流。 更多信息请参考章节 1.3 电源管理。 乐鑫信息科技 31 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 3. 电气特性 3.4 直流电气特性 (3.3 V, 25 °C) 表 9: 直流电气特性 (3.3 V, 25 °C) 符号 参数 最小值 典型值 最大值 单位 CIN 管脚电容 — 2 — pF VIH 高电平输入电压 0.75 × VDD — VDD + 0.3 V VIL 低电平输入电压 –0.3 — 0.25 × VDD V IIH 高电平输入电流 — — 50 nA IIL 低电平输入电流 — — 50 nA VOH 高电平输出电压 0.8 × VDD — — V VOL 低电平输出电压 — — 0.1 × VDD V — 40 — mA — 28 — mA 高电平拉电流 (VDD = 3.3 V, VOH >= 2.64 V, IOH PAD_DRIVER = 3) 低电平灌电流 (VDD = 3.3 V, VOL = 0.495 V, IOL PAD_DRIVER = 3) RP U 上拉电阻 — 45 — kΩ RP D 下拉电阻 — 45 — kΩ VIH _nRST 芯片复位释放电压 0.75 × VDD — VDD + 0.3 V VIL_nRST 芯片复位电压 –0.3 — 0.25 × VDD V 说明： VDD 是 I/O 的供电电源。 3.5 ADC 特性 表 10: ADC 特性 参数 描述 最小值 最大值 单位 –7 7 LSB –12 12 LSB RTC 控制器 — 200 ksps DIG 控制器 — 2 Msps DNL（差分非线性） RTC 控制器；ADC 外接 100 nF 电容； INL（积分非线性） 采样速度 输入为 DC 信号；常温 25 °C；Wi-Fi 关闭 说明： • 当测量值大于 3,000（电压值约为 2,450 mV） ，精度会比上表所述低。 • 使用滤波器多次采样或计算平均值可以获得更好的 DNL 结果。 3.6 功耗特性 下列功耗数据是基于 3.3 V 电源、25 °C 环境温度，在 RF 接口处完成的测试结果。所有发射数据均基于 50% 的 占空比测得。 乐鑫信息科技 32 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 3. 电气特性 表 11: RF 功耗 工作模式 描述 TX Active（射频工作） RX 平均值 峰值 802.11b, 20 MHz, 1 Mbps, @19.5 dBm 190 mA 310 mA 802.11g, 20 MHz, 54 Mbps, @15 dBm 145 mA 220 mA 802.11n, 20 MHz, MCS7, @13 dBm 135 mA 200 mA 802.11n, 40 MHz, MCS7, @13 dBm 120 mA 160 mA 802.11b/g/n, 20 MHz 63 mA 63 mA 802.11n, 40 MHz 68 mA 68 mA 说明： 测量 RX 功耗数据时，外设处于关闭状态，CPU 处于 idle 状态。 表 12: 不同功耗模式下的功耗 工作模式 Modem-sleep 描述 CPU 处于工作状态 240 MHz 19 mA 160 MHz 16 mA 正常速度：80 MHz 12 mA Light-sleep Deep-sleep 关闭 功耗典型值 — 450 µA ULP 协处理器处于工作状态 220 µA 超低功耗传感器监测模式 7 µA @1% duty RTC 定时器 + RTC 存储器 10 µA 仅有 RTC 定时器处于工作状态 5 µA CHIP_PU 脚拉低，芯片处于关闭状态 0.1 µA 说明： • 测量 Modem-sleep 功耗数据时，CPU 处于工作状态，cache 处于 idle 状态。 • 在 Wi-Fi 开启的场景中，芯片会在 Active 和 Modem-sleep 模式之间切换，功耗也会在两种模式间变化。 • Modem-sleep 模式下，CPU 频率自动变化，频率取决于 CPU 负载和使用的外设。 • Deep-sleep 模式下，仅 ULP 协处理器处于工作状态时，可以操作 GPIO 及低功耗 I²C。 • 当系统处于超低功耗传感器监测模式时，ULP 协处理器或传感器周期性工作。触摸传感器以 1% 占空比工作，系 统功耗典型值为 7 µA。 乐鑫信息科技 33 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 3. 电气特性 3.7 Wi-Fi 射频 3.7.1 发射器性能规格 表 13: 发射器性能规格 参数 条件 典型值 单位 输出功率 11b, 1 Mbps 19.5 dBm 11b, 11 Mbps 19.5 11g, 6 Mbps 18 11g, 54 Mbps 15 11n, HT20, MCS0 18 11n, HT20, MCS7 13 11n, HT40, MCS0 18 11n, HT40, MCS7 13 3.7.2 接收器性能规格 表 14: 接收器性能规格 乐鑫信息科技 参数 条件 典型值 单位 接收灵敏度 1 Mbps –97 dBm 2 Mbps –95 5.5 Mbps –93 11 Mbps –88 6 Mbps –92 9 Mbps –91 12 Mbps –89 18 Mbps –87 24 Mbps –84 36 Mbps –80 48 Mbps –76 54 Mbps –75 11n, HT20, MCS0 –92 11n, HT20, MCS1 –88 11n, HT20, MCS2 –85 11n, HT20, MCS3 –83 11n, HT20, MCS4 –79 11n, HT20, MCS5 –75 11n, HT20, MCS6 –74 11n, HT20, MCS7 –72 11n, HT40, MCS0 –89 11n, HT40, MCS1 –86 11n, HT40, MCS2 –83 11n, HT40, MCS3 –80 11n, HT40, MCS4 –76 34 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 3. 电气特性 参数 最大接收电平 邻道抑制 乐鑫信息科技 条件 典型值 11n, HT40, MCS5 –72 11n, HT40, MCS6 –71 11n, HT40, MCS7 –69 11b, 1 Mbps 5 11b, 11 Mbps 5 11g, 6 Mbps 5 11g, 54 Mbps 0 11n, HT20, MCS0 5 11n, HT20, MCS7 0 11n, HT40, MCS0 5 11n, HT40, MCS7 0 11b, 11 Mbps 35 11g, 6 Mbps 31 11g, 54 Mbps 14 11n, HT20, MCS0 31 11n, HT20, MCS7 13 11n, HT40, MCS0 19 11n, HT40, MCS7 8 35 反馈文档意见 单位 dBm dB ESP32-S2 技术规格书 V0.4 4. 封装信息 4. 封装信息 Pin 1 Pin 2 Pin 3 Pin 1 Pin 2 Pin 3 图 6: QFN56 (7×7 mm) 封装 说明： 从封装俯视图看，芯片管脚从 Pin 1 位置开始按逆时针方向进行编号。 乐鑫信息科技 36 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 附录 A - ESP32-S2 管脚清单 附录 A - ESP32-S2 管脚清单 A.1. IO MUX IO_MUX Pin No. 1 Analog Function0 Analog Function1 RTC_GPIO Digital Function0 Type Digital Function1 Type Drive Strength (Default) At Reset After Reset VDD3P3_RTC_IO TOUCH1 ADC1_CH0 VDD3P3_RTC_IO TOUCH2 ADC1_CH1 RTC_GPIO0 GPIO0 I/O/T GPIO0 RTC_GPIO1 GPIO1 I/O/T GPIO1 RTC_GPIO2 GPIO2 I/O/T GPIO2 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1, wpu oe=0, ie=1, wpu, I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1 oe=0, ie=1 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1 GPIO3 VDD3P3_RTC_IO TOUCH3 ADC1_CH2 RTC_GPIO3 GPIO3 I/O/T oe=0, ie=1 GPIO3 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1 9 GPIO4 VDD3P3_RTC_IO TOUCH4 ADC1_CH3 RTC_GPIO4 GPIO4 oe=0, ie=0 I/O/T GPIO4 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1 10 GPIO5 11 GPIO6 VDD3P3_RTC_IO TOUCH5 ADC1_CH4 RTC_GPIO5 VDD3P3_RTC_IO TOUCH6 ADC1_CH5 RTC_GPIO6 oe=0, ie=0 GPIO5 I/O/T GPIO5 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=0 GPIO6 I/O/T GPIO6 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 12 GPIO7 VDD3P3_RTC_IO TOUCH7 ADC1_CH6 oe=0, ie=0 RTC_GPIO7 GPIO7 I/O/T GPIO7 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 13 GPIO8 VDD3P3_RTC_IO TOUCH8 oe=0, ie=0 ADC1_CH7 RTC_GPIO8 GPIO8 I/O/T GPIO8 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 14 GPIO9 VDD3P3_RTC_IO oe=0, ie=0 TOUCH9 ADC1_CH8 RTC_GPIO9 FSPIHD I1/O/T GPIO9 I/O/T 15 GPIO10 VDD3P3_RTC_IO TOUCH10 ADC1_CH9 RTC_GPIO10 FSPICS0 I1/O/T GPIO10 I/O/T FSPIIO4 16 17 GPIO11 VDD3P3_RTC_IO TOUCH11 ADC2_CH0 RTC_GPIO11 FSPID I1/O/T GPIO11 I/O/T GPIO12 VDD3P3_RTC_IO TOUCH12 ADC2_CH1 RTC_GPIO12 FSPICLK I1/O/T GPIO12 I/O/T 18 GPIO13 VDD3P3_RTC_IO TOUCH13 ADC2_CH2 RTC_GPIO13 FSPIQ I1/O/T GPIO13 19 GPIO14 VDD3P3_RTC_IO TOUCH14 ADC2_CH3 RTC_GPIO14 FSPIWP I1/O/T GPIO14 21 XTAL_32K_P VDD3P3_RTC_IO XTAL_32K_P ADC2_CH4 RTC_GPIO15 GPIO15 I/O/T 22 XTAL_32K_N VDD3P3_RTC_IO XTAL_32K_N ADC2_CH5 RTC_GPIO16 GPIO16 23 DAC_1 VDD3P3_RTC_IO DAC_1 ADC2_CH6 RTC_GPIO17 GPIO17 24 DAC_2 VDD3P3_RTC_IO DAC_2 ADC2_CH7 RTC_GPIO18 25 GPIO19 VDD3P3_RTC_IO USB_D- ADC2_CH8 26 GPIO20 VDD3P3_RTC_IO USB_D+ ADC2_CH9 28 GPIO21 VDD3P3_RTC_IO 29 SPICS1 31 Power Supply Pin Analog Pin Digital Pin Power Domain 5 GPIO0 VDD3P3_RTC_IO 6 GPIO1 7 GPIO2 8 Digital Function2 Type Digital Function3 Type Digital Function4 Type VDDA 2 LNA_IN 3 VDD3P3 4 VDD3P3 FSPIHD I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 I1/O/T FSPICS0 I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 FSPIIO5 I1/O/T FSPID I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 FSPIIO6 I1/O/T FSPICLK I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 I/O/T FSPIIO7 I1/O/T FSPIQ I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 I/O/T FSPIDQS I1/O/T FSPIWP I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 GPIO15 I/O/T U0RTS O 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=0 I/O/T GPIO16 I/O/T U0CTS I1 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=0 I/O/T GPIO17 I/O/T U1TXD O 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 GPIO18 I/O/T GPIO18 I/O/T U1RXD I1 CLK_OUT3 O 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 RTC_GPIO19 GPIO19 I/O/T GPIO19 I/O/T U1RTS O CLK_OUT2 O 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=0 RTC_GPIO20 GPIO20 I/O/T GPIO20 I/O/T U1CTS I1 CLK_OUT1 O 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=0 RTC_GPIO21 GPIO21 I/O/T GPIO21 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=0 VDD_SPI SPICS1 I1/O/T GPIO26 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1, wpu oe=1, ie=1, wpu SPIHD VDD_SPI SPIHD I1/O/T GPIO27 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1, wpu oe=0, ie=1, wpu 32 SPIWP VDD_SPI SPIWP I1/O/T GPIO28 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1, wpu oe=0, ie=1, wpu 33 SPICS0 VDD_SPI SPICS0 I1/O/T GPIO29 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1, wpu oe=1, ie=1, wpu 34 SPICLK VDD_SPI SPICLK I1/O/T GPIO30 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1, wpu oe=1, ie=1, wpu 35 SPIQ VDD_SPI SPIQ I1/O/T GPIO31 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1, wpu oe=0, ie=1, wpu 36 SPID VDD_SPI SPID I1/O/T GPIO32 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1, wpu oe=0, ie=1, wpu 37 GPIO33 VDD3P3_CPU / VDD_SPI GPIO33 I/O/T GPIO33 I/O/T FSPIHD I1/O/T SPIIO4 I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 38 GPIO34 VDD3P3_CPU / VDD_SPI GPIO34 I/O/T GPIO34 I/O/T FSPICS0 I1/O/T SPIIO5 I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 39 GPIO35 VDD3P3_CPU / VDD_SPI GPIO35 I/O/T GPIO35 I/O/T FSPID I1/O/T SPIIO6 I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 40 GPIO36 VDD3P3_CPU / VDD_SPI GPIO36 I/O/T GPIO36 I/O/T FSPICLK I1/O/T SPIIO7 I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 41 GPIO37 VDD3P3_CPU / VDD_SPI GPIO37 I/O/T GPIO37 I/O/T FSPIQ I1/O/T SPIDQS I1/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 42 GPIO38 VDD3P3_CPU GPIO38 I/O/T GPIO38 I/O/T FSPIWP I1/O/T GPIO38 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 43 MTCK VDD3P3_CPU MTCK I1 GPIO39 I/O/T CLK_OUT3 O 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 MTDO VDD3P3_CPU MTDO O/T GPIO40 I/O/T CLK_OUT2 O 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 46 MTDI VDD3P3_CPU MTDI I1 GPIO41 I/O/T CLK_OUT1 O 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 47 MTMS VDD3P3_CPU MTMS I0 GPIO42 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=0 oe=0, ie=1 48 U0TXD VDD3P3_CPU U0TXD O GPIO43 I/O/T CLK_OUT1 O 2‘d2 oe=0, ie=1, wpu oe=1, ie=1, wpu 49 U0RXD VDD3P3_CPU U0RXD I1 GPIO44 I/O/T CLK_OUT2 O 2‘d2 oe=0, ie=1, wpu oe=0, ie=1, wpu 50 GPIO45 VDD3P3_CPU GPIO45 I/O/T GPIO45 I/O/T 2‘d2 oe=0, ie=1, wpd oe=0, ie=1, wpd GPIO46 VDD3P3_CPU GPIO46 I GPIO46 I oe=0, wpd, ie=1 oe=0, wpd, ie=1 20 VDD3P3_RTC 27 VDD3P3_RTC_IO 30 VDD_SPI 44 45 VDD3P3_CPU 51 VDDA 52 XTAL_N 53 XTAL_P 54 VDDA 55 56 VDD3P3_RTC_IO CHIP_PU Total 10 3 43 说明： • • • • • • GPIO33、GPIO34、GPIO35、GPIO36、GPIO37 的电源域默认为 VDD3P3_CPU，也可由软件配置为 VDD_SPI。 wpu: weak pull-up wpd: weak pull-down ie: input enable oe: output enable 每个数字 Function 栏均对应⼀一列列 Type。请参考下列列描述来理理解每个 Function 所对应 Type 的意义。对于功能 Function-N ⽽而⾔言，Type 所指的是： - I：仅为输⼊入。如果选择了了 Function-N 以外的其他功能，则该管脚的输⼊入信号仍会连接到 Function-N 的输⼊入信号。 - I1：仅为输⼊入。如果选择了了 Function-N 以外的其他功能，则 Function-N 的输⼊入信号恒为 1。 - I0：仅为输⼊入。如果选择 Function-N 以外的其他功能，则 Function-N 的输⼊入信号恒为 0。 - O：仅为输出。 - T：⾼高抗阻。 - I/O/T：该功能信号包含输⼊入、输出和⾼高抗阻组合。 - I1/O/T：该函数信号包含输⼊入、输出和⾼高抗阻组合。如果选择了了 Function-N 以外的其他功能，则 Function-N 的输⼊入信号恒为 1。 乐鑫信息科技 37 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 附录 A - ESP32-S2 管脚清单 A.2. GPIO 交换矩阵 表 15: GPIO 交换矩阵 信号可经由 输入信号 默认值 * 0 SPIQ_in 0 yes SPIQ_out SPIQ_oe 1 SPID_in 0 yes SPID_out SPID_oe 2 SPIHD_in 0 yes SPIHD_out SPIHD_oe 3 SPIWP_in 0 yes SPIWP_out SPIWP_oe 4 - - - SPICLK_out_mux SPICLK_oe 5 - - - SPICS0_out SPICS0_oe 6 - - - SPICS1_out SPICS1_oe 7 SPID4_in 0 yes SPID4_out SPID4_oe 8 SPID5_in 0 yes SPID5_out SPID5_oe 9 SPID6_in 0 yes SPID6_out SPID6_oe 10 SPID7_in 0 yes SPID7_out SPID7_oe 11 SPIDQS_in 0 yes SPIDQS_out SPIDQS_oe 14 U0RXD_in 0 yes U0TXD_out 1’d1 15 U0CTS_in 0 yes U0RTS_out 1’d1 16 U0DSR_in 0 no U0DTR_out 1’d1 17 U1RXD_in 0 yes U1TXD_out 1’d1 18 U1CTS_in 0 yes U1RTS_out 1’d1 21 U1DSR_in 0 no U1DTR_out 1’d1 23 I2S0O_BCK_in 0 no I2S0O_BCK_out 1’d1 25 I2S0O_WS_in 0 no I2S0O_WS_out 1’d1 27 I2S0I_BCK_in 0 no I2S0I_BCK_out 1’d1 28 I2S0I_WS_in 0 no I2S0I_WS_out 1’d1 29 I2CEXT0_SCL_in 1 no I2CEXT0_SCL_out I2CEXT0_SCL_oe 30 I2CEXT0_SDA_in 1 no I2CEXT0_SDA_out I2CEXT0_SDA_oe 39 pcnt_sig_ch0_in0 0 no gpio_wlan_prio 1’d1 40 pcnt_sig_ch1_in0 0 no gpio_wlan_active 1’d1 41 pcnt_ctrl_ch0_in0 0 no - 1’d1 42 pcnt_ctrl_ch1_in0 0 no - 1’d1 43 pcnt_sig_ch0_in1 0 no - 1’d1 44 pcnt_sig_ch1_in1 0 no - 1’d1 45 pcnt_ctrl_ch0_in1 0 no - 1’d1 46 pcnt_ctrl_ch1_in1 0 no - 1’d1 47 pcnt_sig_ch0_in2 0 no - 1’d1 48 pcnt_sig_ch1_in2 0 no - 1’d1 49 pcnt_ctrl_ch0_in2 0 no - 1’d1 50 pcnt_ctrl_ch1_in2 0 no - 1’d1 51 pcnt_sig_ch0_in3 0 no - 1’d1 52 pcnt_sig_ch1_in3 0 no - 1’d1 53 pcnt_ctrl_ch0_in3 0 no - 1’d1 乐鑫信息科技 IO MUX 输出 38 反馈文档意见 输出信号 输出信号的 序号 输出使能信号 ESP32-S2 技术规格书 V0.4 附录 A - ESP32-S2 管脚清单 序号 输入信号 默认值 * 信号可经由 IO MUX 输出 输出信号的 输出信号 输出使能信号 54 pcnt_ctrl_ch1_in3 0 no - 1’d1 64 usb_otg_iddig_in 0 no - 1’d1 65 usb_otg_avalid_in 0 no - 1’d1 66 usb_srp_bvalid_in 0 no usb_otg_idpullup 1’d1 67 usb_otg_vbusvalid_in 0 no usb_otg_dppulldown 1’d1 68 usb_srp_sessend_in 0 no usb_otg_dmpulldown 1’d1 69 - - - usb_otg_drvvbus 1’d1 70 - - - usb_srp_chrgvbus 1’d1 71 - - - usb_srp_dischrgvbus 1’d1 72 SPI3_CLK_in 0 no SPI3_CLK_out_mux SPI3_CLK_oe 73 SPI3_Q_in 0 no SPI3_Q_out SPI3_Q_oe 74 SPI3_D_in 0 no SPI3_D_out SPI3_D_oe 75 SPI3_HD_in 0 no SPI3_HD_out SPI3_HD_oe 76 SPI3_CS0_in 0 no SPI3_CS0_out SPI3_CS0_oe 77 - - - SPI3_CS1_out SPI3_CS1_oe 78 - - - SPI3_CS2_out SPI3_CS2_oe 79 - - - ledc_ls_sig_out0 1’d1 80 - - - ledc_ls_sig_out1 1’d1 81 - - - ledc_ls_sig_out2 1’d1 82 - - - ledc_ls_sig_out3 1’d1 83 rmt_sig_in0 0 no ledc_ls_sig_out4 1’d1 84 rmt_sig_in1 0 no ledc_ls_sig_out5 1’d1 85 rmt_sig_in2 0 no ledc_ls_sig_out6 1’d1 86 rmt_sig_in3 0 no ledc_ls_sig_out7 1’d1 87 - - - rmt_sig_out0 1’d1 88 - - - rmt_sig_out1 1’d1 89 - - - rmt_sig_out2 1’d1 90 - - - rmt_sig_out3 1’d1 95 I2CEXT1_SCL_in 1 no I2CEXT1_SCL_out I2CEXT1_SCL_oe 96 I2CEXT1_SDA_in 1 no I2CEXT1_SDA_out I2CEXT1_SDA_oe 100 - - - gpio_sd0_out 1’d1 101 - - - gpio_sd1_out 1’d1 102 - - - gpio_sd2_out 1’d1 103 - - - gpio_sd3_out 1’d1 104 - - - gpio_sd4_out 1’d1 105 - - - gpio_sd5_out 1’d1 106 - - - gpio_sd6_out 1’d1 107 - - - gpio_sd7_out 1’d1 108 FSPICLK_in 0 yes FSPICLK_out_mux 109 FSPIQ_in 0 yes FSPIQ_out FSPIQ_oe 110 FSPID_in 0 yes FSPID_out FSPID_oe 111 FSPIHD_in 0 yes FSPIHD_out 乐鑫信息科技 39 反馈文档意见 FSPICLK_oe FSPIHD_oe ESP32-S2 技术规格书 V0.4 附录 A - ESP32-S2 管脚清单 默认值 * 信号可经由 输出信号的 序号 输入信号 112 FSPIWP_in 0 yes FSPIWP_out FSPIWP_oe 113 FSPIIO4_in 0 yes FSPIIO4_out FSPIIO4_oe 114 FSPIIO5_in 0 yes FSPIIO5_out FSPIIO5_oe 115 FSPIIO6_in 0 yes FSPIIO6_out FSPIIO6_oe 116 FSPIIO7_in 0 yes FSPIIO7_out FSPIIO7_oe 117 FSPICS0_in 0 yes FSPICS0_out FSPICS0_oe 118 - - - FSPICS1_out FSPICS1_oe 119 - - - FSPICS2_out FSPICS2_oe 120 - - - FSPICS3_out FSPICS3_oe 121 - - - FSPICS4_out FSPICS4_oe 122 - - - FSPICS5_out FSPICS5_oe 123 can_rx 1 no 124 - - 125 - 126 IO MUX 输出 输出信号 输出使能信号 can_tx 1’d1 - can_bus_off_on 1’d1 - - can_clkout 1’d1 - - - SUBSPICLK_out_mux 127 SUBSPIQ_in 0 yes SUBSPIQ_out SUBSPIQ_oe 128 SUBSPID_in 0 yes SUBSPID_out SUBSPID_oe 129 SUBSPIHD_in 0 yes SUBSPIHD_out SUBSPIHD_oe 130 SUBSPIWP_in 0 yes SUBSPIWP_out SUBSPIWP_oe 131 - - - SUBSPICS0_out SUBSPICS0_oe 132 - - - SUBSPICS1_out SUBSPICS1_oe 133 - - - FSPIDQS_out 134 - - - FSPI_HSYNC_out FSPI_HSYNC_oe 135 - - - FSPI_VSYNC_out FSPI_VSYNC_oe 136 - - - FSPI_DE_out FSPI_DE_oe 137 - - - FSPICD_out FSPICD_oe 139 - - - SPI3_CD_out SPI3_CD_oe 140 - - - SPI3_DQS_out 143 I2S0I_DATA_in0 0 no I2S0O_DATA_out0 1’d1 144 I2S0I_DATA_in1 0 no I2S0O_DATA_out1 1’d1 145 I2S0I_DATA_in2 0 no I2S0O_DATA_out2 1’d1 146 I2S0I_DATA_in3 0 no I2S0O_DATA_out3 1’d1 147 I2S0I_DATA_in4 0 no I2S0O_DATA_out4 1’d1 148 I2S0I_DATA_in5 0 no I2S0O_DATA_out5 1’d1 149 I2S0I_DATA_in6 0 no I2S0O_DATA_out6 1’d1 150 I2S0I_DATA_in7 0 no I2S0O_DATA_out7 1’d1 151 I2S0I_DATA_in8 0 no I2S0O_DATA_out8 1’d1 152 I2S0I_DATA_in9 0 no I2S0O_DATA_out9 1’d1 153 I2S0I_DATA_in10 0 no I2S0O_DATA_out10 1’d1 154 I2S0I_DATA_in11 0 no I2S0O_DATA_out11 1’d1 155 I2S0I_DATA_in12 0 no I2S0O_DATA_out12 1’d1 156 I2S0I_DATA_in13 0 no I2S0O_DATA_out13 1’d1 乐鑫信息科技 40 反馈文档意见 SUBSPICLK_oe FSPIDQS_oe SPI3_DQS_oe ESP32-S2 技术规格书 V0.4 附录 A - ESP32-S2 管脚清单 157 I2S0I_DATA_in14 0 no I2S0O_DATA_out14 1’d1 158 I2S0I_DATA_in15 0 no I2S0O_DATA_out15 1’d1 159 - - - I2S0O_DATA_out16 1’d1 160 - - - I2S0O_DATA_out17 1’d1 161 - - - I2S0O_DATA_out18 1’d1 162 - - - I2S0O_DATA_out19 1’d1 163 - - - I2S0O_DATA_out20 1’d1 164 - - - I2S0O_DATA_out21 1’d1 165 - - - I2S0O_DATA_out22 1’d1 166 - - - I2S0O_DATA_out23 1’d1 167 SUBSPID4_in 0 yes SUBSPID4_out SUBSPID4_oe 168 SUBSPID5_in 0 yes SUBSPID5_out SUBSPID5_oe 169 SUBSPID6_in 0 yes SUBSPID6_out SUBSPID6_oe 170 SUBSPID7_in 0 yes SUBSPID7_out SUBSPID7_oe 171 SUBSPIDQS_in 0 yes SUBSPIDQS_out 193 I2S0I_H_SYNC 0 no - 1’d1 194 I2S0I_V_SYNC 0 no - 1’d1 195 I2S0I_H_ENABLE 0 no - 1’d1 215 - - - ant_sel0 1’d1 216 - - - ant_sel1 1’d1 217 - - - ant_sel2 1’d1 218 - - - ant_sel3 1’d1 219 - - - ant_sel4 1’d1 220 - - - ant_sel5 1’d1 221 - - - ant_sel6 1’d1 222 - - - ant_sel7 1’d1 223 sig_in_func_223 0 no sig_in_func223 1’d1 224 sig_in_func_224 0 no sig_in_func224 1’d1 225 sig_in_func_225 0 no sig_in_func225 1’d1 226 sig_in_func_226 0 no sig_in_func226 1’d1 227 sig_in_func_227 0 no sig_in_func227 1’d1 235 pro_alonegpio_in0 0 no pro_alonegpio_out0 1’d1 236 pro_alonegpio_in1 0 no pro_alonegpio_out1 1’d1 237 pro_alonegpio_in2 0 no pro_alonegpio_out2 1’d1 238 pro_alonegpio_in3 0 no pro_alonegpio_out3 1’d1 239 pro_alonegpio_in4 0 no pro_alonegpio_out4 1’d1 240 pro_alonegpio_in5 0 no pro_alonegpio_out5 1’d1 241 pro_alonegpio_in6 0 no pro_alonegpio_out6 1’d1 242 pro_alonegpio_in7 0 no pro_alonegpio_out7 1’d1 251 - - - clk_i2s_mux 1’d1 IO MUX 输出 41 反馈文档意见 输出信号 输出信号的 输入信号 乐鑫信息科技 默认值 * 信号可经由 序号 输出使能信号 SUBSPIDQS_oe ESP32-S2 技术规格书 V0.4 修订历史 修订历史 日期 版本 发布说明 更新章节 2.6.2：超低功耗协处理器 (ULP)； 更新章节 2.7：定时器； 2019.11 V0.4 更新表 15：GPIO 交换矩阵； 增加文档反馈链接； 修正格式问题； 其他微小改动。 2019.08 V0.3 全面更新。 更新图 3：ESP32-S2 数字电源管理； 2019.06 V0.2 更新章节 1.4：Strapping 管脚； 更新图 5：地址映射结构； 更新章节 3：电气特性。 2019.04 乐鑫信息科技 V0.1 预发布版本。 42 反馈文档意见 ESP32-S2 技术规格书 V0.4