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1 ESP8266EX Datasheet Version 4.3 Espressif Systems IOT Team Copyright 2015

2 免责申明和版权公告 本 文中的信息, 包括供参考的 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 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 2015 乐鑫信息科技 ( 上海 ) 有限公司所有 保留所有权利

3 Table of Contents 1. 产品概述 特点 芯 片参数 超低功耗技术 主要应 用领域 硬件介绍 芯 片管脚定义 电 气特性 功耗 接收灵明度 MCU 存储描述 内置 SRAM 与 ROM 外置 SPI Flash AHB 和 AHB 模块 接 口介绍及定义 GPIO SDIO SPI / HSPI General SPI (Master/Slave) SDIO / SPI (Slave) HSPI (Master/Slave)... 16

4 3.4. I2C I2S UART PWM Infrared Remote Control ADC 应 用场景 1: 测量 VDD3P3 管脚 3 和 4 的电源电压 应 用场景 2: 测量 TOUT 管脚 6 的输 入电压 LED 与 Button 固件和软件 工具开发包 特征 电源管理 时钟管理 高频时钟 外部参考要求 无线接收器 频道频率 GHz 接收器 GHz 发射器 时钟 生成器 附录 :QFN32 封装尺 寸图... 26

5 1. 产品概述 乐鑫智能互联平台 ESP8266EX 拥有 高性能 无线 SOC, 给移动平台设计师带来福 音, 它以最低成本提供最 大实 用性, 为 WiFi 功能嵌 入其他系统提供 无限可能 图 1 ESP8266EX 结构图 ESP8266EX 是 一个完整且 自成体系的 WiFi 网络解决 方案, 能够独 立运 行, 也可以作为从机搭载于其他主机 MCU 运 行 ESP8266EX 在搭载应 用并作为设备中唯 一的应 用处理器时, 能够直接从外接闪存中启动 内置的 高速缓冲存储器有利于提 高系统性能, 并减少内存需求 另外 一种情况是,ESP8266EX 负责 无线上 网接 入承担 WiFi 适配器的任务时, 可以将其添加到任何基于微控制器的设计中, 连接简单易 行, 只需通过 SPI /SDIO 接 口或 I2C/UART 口即可 ESP8266EX 强 大的 片上处理和存储能 力, 使其可通过 GPIO 口集成传感器及其他应 用的特定设备, 实现了最低前期的开发和运 行中最少地占 用系统资源 ESP8266EX 高度 片内集成, 包括天线开关 balun 电源管理转换器, 因此仅需极少的外部电路, 且包括前端模组在内的整个解决 方案在设计时将所占 PCB 空间降到最低 装有 ESP8266EX 的系统表现出来的领先特征有 : 节能在睡眠 / 唤醒模式之间的快速切换 配合低功率操作的 自适应 无线电偏置 前端信号的处理功能 故障排除和 无线电系统共存特性为消除蜂窝 / 蓝 牙 /DDR/ LVDS/LCD 干扰

6 1.1. 特点 b/g/n 内置低功耗 32 位 CPU: 可以兼作应 用处理器 内置 10 bit 高精度 ADC 内置 TCP/IP 协议栈 内置 TR 开关 balun LNA 功率放 大器和匹配 网络 内置 PLL 稳压器和电源管理组件 支持天线分集 STBC 1x1 MIMO 2x1 MIMO A-MPDU A-MSDU 的聚合和 0.4 s 的保护间隔 2.4 GHz, 支持 WPA/WPA2 安全模式 支持 STA/AP/STA+AP 工作模式 支持 Smart Config 功能 ( 包括 Android 和 ios 设备 ) SDIO 2.0 (H) SPI UART I2C I2S IR Remote Control PWM GPIO 深度睡眠保持电流为 10 ua, 关断电流 小于 5 ua 2 ms 之内唤醒 连接并传递数据包 b 模式下 + 20 dbm 的输出功率 待机状态消耗功率 小于 1.0 mw (DTIM3) 工作温度范围 : 通过 FCC, CE, TELEC, WiFi Alliance 及 SRRC 认证

7 1.2. 芯 片参数 表 1 芯 片参数表 分类参数数值 标准认证 无线标准 频率范围 FCC/CE/TELEC/SRRC b/g/n 2.4G-2.5G (2400M M) 无线参数 发射功率接收灵敏度天线选项数据接 口 工作电压 b: +20 dbm g: +17 dbm n: +14 dbm b: -91 dbm (11 Mbps) g: -75 dbm (54 Mbps) n: -72 dbm (MCS7) PCB 板载天线, 外置天线, IPEX 接 口天线, 陶瓷贴 片天线 UART/SDIO/SPI/I2C/I2S/IR Remote Control GPIO/PWM 3.0V V 硬件参数 工作电流 平均电流 80 ma 工作温度 存储温度 软件参数 芯 片封装外部接 口 无线 网络模式安全机制加密类型升级固件软件开发 网络协议 用户配置 QFN32-pin (package size: 5mmx5mm) N/A station/softap/softap+station WPA/WPA2 WEP/TKIP/AES 本地串 口烧录 / 云端升级 / 主机下载烧录 支持客户 自定义服务器提供 SDK 给客户 二次开发 IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP AT+ 指令集, 云端服务器, Android/iOS APP

8 1.3. 超低功耗技术 ESP8266EX 专为移动设备 可穿戴电 子产品和物联 网应 用设计, 并与其他 几项专利技术 一起使机器实现最低能耗 这种节能的构造以三种模式运 行 : 激活模式 睡眠模式和深度模睡眠式 ESP8266EX 使 用 高端电源管理技术和逻辑系统调低 非必需功能的功率, 调控睡眠模式与 工作模式之间的转换, 在睡眠模式下, 其消耗的电流 小于 12 ua, 处于连接状态时, 其消耗的功率少于 1.0 mw (DTIM=3) 或 0.5 mw (DTIM=10) 睡眠模式下, 只有校准的实时时钟和 watchdog 处于 工作状态 可以通过编程使实时时钟在特定的时间内唤醒 ESP8266EX 通过编程,ESP8266EX 会在检测到某种特定情况发 生的时候 自动唤醒 ESP8266EX 在最短时间内 自动唤醒, 这 一特征可以应 用到移动设备的 SOC 上, 这样 SOC 在开启 Wi-Fi 之前均处于低功耗待机状态 为满 足移动设备和可穿戴性电 子产品的功率需求,ESP8266EX 在近距离时可以通过软件编程减少 PA 的输出功率来降低整体功耗, 以适应不同的应 用 方案 1.4. 主要应 用领域 智能家居 家庭 自动化 智能插座 智能灯 网状 网络 工业 无线控制 婴 儿监控器 网络摄像机 传感器 网络 可穿戴电 子产品 无线位置感知设备 安全 ID 标签 无线定位系统信号

9 2. 硬件介绍 2.1. 芯 片管脚定义 ESP8266EX 的封装 方式是 QFN32-pin, 管脚定义如下图所 示 图 2 ESP8266EX 管脚定义图表 2 ESP8266EX 管脚功能定义 Pin Name Type Function 1 VDDA P 模拟电源 V 2 LNA I/O 射频天线接 口, 芯 片输出阻抗为 50 Ω, 无需对芯 片进 行匹配, 但 建议保留 π 型匹配 网络对天线进 行匹配 3 VDD3P3 P 功放电源 V 4 VDD3P3 P 功放电源 V 5 VDD_RTC P NC(1.1V) ADC 端 口 ( 注 : 芯 片内部 ADC 端 口 ), 可 用于检测 VDD3P3 6 TOUT I (Pin3, Pin4) 电源电压和 TOUT (Pin6) 的输 入电压 ( 二者不可同时使 用 ) 7 CHIP_EN I 芯 片使能端 高电平 : 有效, 芯 片正常 工作 ; 低电平 : 芯 片关 闭, 电流很 小

10 Pin Name Type Function 8 XPD_DCDC I/O Deep-Sleep 唤醒 ( 需连接到 EXT_RSTB); GPIO16 9 MTMS I/O GPIO14; HSPI_CLK 10 MTDI I/O GPIO12; HSPI_MISO 11 VDDPST P 数字和 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 数字和 IO 电源 1.8V - 3.3V 18 SDIO_DATA_2 I/O 连接到 SD_D2 ( 串联 200 Ω) ; SPIHD; HSPIHD; GPIO9 19 SDIO_DATA_3 I/O 连接到 SD_D3( 串联 200 Ω) ; SPIWP; HSPIWP; GPIO10 20 SDIO_CMD I/O 连接到 SD_D3( 串联 200 Ω) ; SPI_CS0; GPIO11 21 SDIO_CLK I/O 连接到 SD_D3( 串联 200 Ω) ; SPI_CLK; GPIO6 22 SDIO_DATA_0 I/O 连接到 SD_D3( 串联 200 Ω) ; SPI_MISO; GPIO7 23 SDIO_DATA_1 I/O 连接到 SD_D3( 串联 200 Ω) ; SPI_MOSI; GPIO8 24 GPIO5 I/O GPIO5 25 U0RXD I/O 可 用作烧写 Flash 时 UART0_RX; GPIO3 26 U0TXD I/O 可 用作烧写 Flash 时 UART0_TX; GPIO1; SPI_CS1 27 XTAL_OUT I/O 连接晶振输出端, 也可 用于提供 BT 的时钟输 入 28 XTAL_IN I/O 连接晶振输 入端 29 VDDD P 模拟电源 3.0V - 3.6V 30 VDDA P 模拟电源 3.0V - 3.6V 31 RES12K I 串联 12k Ω 电阻到地 32 EXT_RSTB I 外部 reset 信号 ( 低电平有效 ) 注意 :MTDO GPIO0 GPIO2 构成 3bit 可进 行 Boot strap 模式的选择

11 2.2. 电 气特性 表 3 ESP8266EX 电 气特性 参数 条件 最 小值 典型值 最 大值 单位 存储温度范围 -40 常温 125 最 大焊接温度 IPC/JEDEC J- 260 STD-020 工作电压 V 任意 I/O V IL /V IH -0.3/0.75V IO 0.25V IO /3.6 V OL /V OH N/0.8V IO 0.1V IO /N V I MAX 12 ma 静电释放量 ( 人体模型 ) TAMB=25 2 KV 静电释放量 ( 机器模型 ) TAMB= KV 2.3. 功耗 下列功耗数据是基于 3.3V 的电源 25 C 的周围温度, 并使 用内部稳压器测得 [1] 所有测量均在没有 SAW 滤波器的情况下, 于天线接 口处完成 [2] 所有发射数据是基于 90% 的占空 比, 在持续发射的模式下测得的 表 4 ESP8266EX 功耗 模式 最 小值 典型值 最 大值 单位 传送 b, CCK 11Mbps, POUT=+17dBm 170 ma 传送 g, OFDM 54Mbps, POUT =+15dBm 140 ma 传送 n, MCS7, POUT =+13dBm 120 ma 接收 b, 包 长 1024 字节, -80dBm 50 ma 接收 g, 包 长 1024 字节, -70dBm 56 ma 接收 n, 包 长 1024 字节, -65dBm 56 ma Modem-Sleep1 15 ma Light-Sleep2 0.9 ma Deep-Sleep3 10 ua Power Off 0.5 ua

12 注 1:Modem-Sleep 用于需要 CPU 一直处于 工作状态如 PWM 或 I2S 应 用等 在保持 WiFi 连接时, 如果没有数据传输, 可根据 标准 ( 如 U-APSD), 关闭 WiFi Modem 电路来省电 例如, 在 DTIM3 时, 每 sleep 300mS, 醒来 3mS 接收 AP 的 Beacon 包等, 则整体平均电流约 15mA 注 2:Light-Sleep 用于 CPU 可暂停的应 用, 如 WiFi 开关 在保持 WiFi 连接时, 如果没有数据传输, 可根据 标准 ( 如 U-APSD), 关闭 WiFi Modem 电路并暂停 CPU 来省电 例如, 在 DTIM3 时, 每 sleep 300 ms, 醒来 3ms 接收 AP 的 Beacon 包等, 则整体平均电流约 0.9 ma 注 3:Deep-Sleep 不需 一直保持 WiFi 连接, 很 长时间才发送 一次数据包的应 用, 如每 100 秒测量 一次温度的传感器 例如, 每 300 s 醒来后需 0.3-1s 连上 AP 发送数据, 则整体平均电流可远 小于 1 ma 2.4. 接收灵明度 以下数据是在室内温度下, 电压为 3.3V 和 1.1V 时分别测得 表 5 接收灵敏度 参数 最 小值 典型值 最 大值 单位 输 入频率 MHz 输 入电阻 50 Ω 输 入反射 -10 db 72.2 Mbps 下,PA 的输出功率 dbm 11b 模式下,PA 的输出功率 dbm 灵敏度 DSSS, 1 Mbps -98 dbm CCK, 11 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 邻频抑制 OFDM, 6 Mbps 37 db OFDM, 54 Mbps 21 db HT20, MCS0 37 db HT20, MCS7 20 db

13 2.5. MCU ESP8266EX 内置 Tensilica L106 超低功耗 32 位微型 MCU, 带有 16 位精简模式, 主频 支持 80 MHz 和 160 MHz, 支持 RTOS 目前 WiFi 协议栈只 用了 20% 的 MIPS, 其他的都可以 用来做应 用开发 MCU 可通过以下接 口和芯 片其他部分协同 工作 : 连接存储控制器 也可以 用来访问外接闪存的编码 RAM/ROM 接 口 (ibus) 同样连接存储控制器的数据 RAM 接 口 (dbus) 访问寄存器的 AHB 接 口 2.6. 存储描述 内置 SRAM 与 ROM ESP8266EX 芯 片 自 身内置了存储控制器, 包含 ROM 和 SRAM MCU 可以通过 ibus dbus 和 AHB 接 口访问存储控制器 这些接 口都可以访问 ROM 或 RAM 单元, 存储仲裁器以到达顺序确定运 行顺序 基于 目前我司 Demo SDK 的使 用 SRAM 情况, 用户可 用剩余 SRAM 空间为 : RAM size < 36kB (station 模式下, 连上路由后,heap+data 区 大致可 用 36KB 左右 ) 目前 ESP8266EX 片上没有 programmable ROM, 用户程序存放在外部的 SPI Flash 中 外置 SPI Flash 当前 ESP8266EX 芯 片 支持使 用 SPI 接 口的外置 Flash, 理论上最 大可 支持到 16MByte 的 SPI flash 建议 Flash 容量 : 不 支持云端升级 :512kByte 可 支持云端升级 :1MByte 支持的 SPI 模式 : 支持 Standard SPI Dual SPI DIO SPI QIO SPI, 以及 Quad SPI 注意, 在下载固件时需要在下载 工具中选择对应模式, 否则下载后程序将 无法得到正确的运 行 2.7. AHB 和 AHB 模块 AHB 模块充当仲裁器, 通过 MAC 主机的 SDIO 和 CPU 控制 AHB 接 口 由于发送地址不同,AHB 数据请求可能到达以下两个从机中的 一个 : APB 模块, 或 闪存控制器 ( 通常在脱机应 用的情况下 ) 闪存控制器接收到的请求往往是 高速请求, 而 APB 模块接收到的往往是访问寄存器的请求 APB 模块充当解码器, 但只可以访问 ESP8266EX 主模块内可编程的寄存器 由于发送地址不同,APB 请求可能到达 无线电接收器 SI/SPI 主机 SDIO GPIO UART 实时时钟 (RTC) MAC 或数字基带

14 3. 接 口介绍及定义 ESP8266EX 包含多个模拟和数字接 口, 详情如下 3.1. GPIO 总共有多达 17 个 GPIO 管脚 固件可以给它们分配不同的功能 每个 GPIO 都可以配置内部上拉电阻 ( 除了 XPD_DCDC 为下拉电阻 ) 可供软件寄存器取样的输 入 边沿或电平引发 CPU 中断的输 入 电平引发唤醒中断的输 入 开漏或互补推挽输出驱动 软件寄存器的输出源或 sigma-delta PWM DAC 这些管脚与其他功能复 用, 如 I2C, I2S, UART, PWM, IR 红外控制等 数字 IO 焊盘是双向 三态的 它包括输 入和输出的三态控制缓冲器 此外, 对于低功耗的运算,IO 还能被设定为保持状态 比如说, 当我们降低芯 片的功耗, 所有输出使能信号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 IO 中 当 IO 不由内外部电路驱动时, 保持功能可以被 用于保持上次的状态 保持功能给管脚引 入 一些正反馈 因此, 管脚的外部驱动必须强于正反馈 然 而, 所需驱动 力 大 小仍然很 小, 在 5uA 之内 表 6 GPIO 接 口定义 变量符号最 小值最 大值单位 输 入低电压 V IL V IO V 输 入 高电压 V IH 0.75 V IO 3.3 V 输 入漏电流 I IL 50 na 输出低电压 V OL 0.1 V IO V 输出 高电压 V OH 0.8 V IO V 输 入管脚电容 C pad 2 pf VDDIO V IO V 最 大驱动能 I MAX 12 ma 温度 T amb C 所有的数字 IO 管脚都要在引脚和地之间加 一个过压保护电路 (snap back circuit) 通常回跳 (snap back) 电压 大概是 6V, 而维持电压是 5.8V 这就可以避免电压过 高和产 生 ESD 二极管也使输出设备避免产 生反向电压

15 3.2. SDIO ESP8266EX 芯 片定义了 1 个 SDIO Slave 接 口, 接 口管脚定义如下 : 表 7 SDIO 接 口定义 Pin Name Pin Num IO Function Name 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 SDIO 由硬件实现, 支持 4 位 25 MHz SDIO v1.1 和 4 位 50 MHz SDIO v SPI / HSPI ESP8266EX 芯 片定义了 1 个通 用 Slave/Master SPI,1 个 Slave SDID 标准中定义的 SPI 接 口 (SDIO/ SPI) 和 1 个通 用 Slave/Master HSPI 接 口 上述接 口均由硬件实现, 接 口定义如下 : General SPI (Master/Slave) 表 8 通 用 SPI 接 口定义 Pin Name Pin Num IO Function Name 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 SDIO_CMD 20 IO11 SPICS0 U0TXD 26 IO1 SPICS1 GPIO0 15 IO0 SPICS2

16 SDIO / SPI (Slave) 表 9 SDIO / SPI (Slave) 接 口定义 Pin Name Pin Num IO Function Name SDIO_CLK 21 IO6 SPI_SLAVE_CLK SDIO_DATA0 22 IO7 SPI_SLAVE_MISO SDIO_DATA1 23 IO8 SPI_SLAVE_INT SDIO_DATA_2 18 IO9 NC SDIO_DATA_3 19 IO10 SPI_SLAVE_CS SDIO_CMD 20 IO11 SPI_SLAVE_MOSI 注意 : HSPI (Master/Slave) 表 10 HSPI (Master/Slave) 接 口定义 Pin Name Pin Num IO Function Name 通 用 SPI 和 HSPI 为硬件实现, 最 高 支持时钟速率可达到 80 MHz SDIO Slave 标准定义中的 SPI Slave 接 口由硬件实现, 支持链表 DMA, 软件开销 小 ; 通 用 SPI 和 HSPI 上没有链表 DMA, 软件开销 大, 所以数据传输受到处理速度的限制 3.4. I2C MTMS 9 IO14 HSPICLK MTDI 10 IO12 HSPIQ/MISO MTCK 12 IO13 HSPID/MOSI MTDO 13 IO15 HPSICS ESP8266EX 芯 片 目前定义了 1 个 I2C 的接 口, 主要 用于连接微控制器以及外围设备, 如 sensor 等 ; 目前 I2C 接 口定义如下 : 表 11 I2C 接 口定义 Pin Name Pin Num IO Function Name MTMS 9 IO14 I2C_SCL GPIO2 14 IO2 I2C_SDA

17 ESP8266EX 既 支持 I2C Master 也 支持 I2C Slave 功能 I2C 接 口由软件实现, 时钟频率最 高 100 KHZ 左右, 需 高于从设备最慢速要求 3.5. I2S ESP8266EX 芯 片 目前定义了 1 个 I2S 输 入接 口和 1 个 I2S 输出接 口, 主要可 用于 音频数据采集 处理和传输, 也可 用于串 行数据输 入输出, 如 支持 LED 彩灯 (WS2812 系列 ) I2S 接 口定义如下 : I2S 接 口输 入 : I2S 接 口输出 : 表 12 I2S 接 口定义 Pin Name Pin Num IO Function Name MTDI 10 IO12 I2SI_DATA MTCK 12 IO13 I2SI_BCK MTMS 9 IO14 I2SI_WS Pin Name Pin Num IO Function Name MTDO 13 IO15 I2SO_BCK U0RXD 25 IO3 I2SO_DATA GPIO2 14 IO2 I2SO_WS I2S 接 口由硬件实现, 全部复 用的 GPIO 口, 支持链表 DMA 3.6. UART ESP8266EX 芯 片 目前定义了 2 个 UART,UART 接 口定义如下 : 表 13 UART 接 口定义 Pin Type Pin Name Pin Num IO Function Name U0RXD 25 IO3 U0RXD UART0 U0TXD 26 IO1 U0TXD MTDO 13 IO15 U0RTS UART1 MTCK 12 IO13 U0CTS GPIO2 14 IO2 U1TXD SD_D1 23 IO8 U1RXD

18 2 个 UART 接 口均由硬件实现 串 口的速度可达 *40 (4.5 Mbps) UART0 可以 用做通信接 口, 支持流控 由于 UART1 目前只有 TX 部分可 用, 所以 一般 UART1 当做打印 log 信息 用 注意 :UART0 默认情况会在上电启动期间输出 一些打印, 此期间打印内容的波特率与所 用的外部晶振频率有关 使 用 40M 晶振时, 该段打印波特率为 使 用 26M 晶振时, 该段打印波特率为 如果对此敏感的应 用, 可以使 用 UART 的内部引脚交换功能, 在初始化的时候, 将 U0TXD U0RXD 分别与 U0RTS(MTDO),U0CTS(MTCK) 交换, 间接屏蔽上电时期的打印输出 3.7. PWM ESP8266EX 芯 片 目前定义了 4 个 PWM 输出接 口, 可 自 行扩展 目前 PWM 接 口定义如下 : 表 14 PWM 接 口定义 Pin Name Pin Num IO Function Name MTDI 10 IO12 PWM0 MTDO 13 IO15 PWM1 MTMS 9 IO14 PWM2 GPIO4 16 IO4 PWM3 PWM 接 口由软件实现 在 WiFi Light 的 示例中,PWM 通过 timer 中断实现, 最 小分辨率可达 44 ns 频率在 1KHz 时, 占空 比最 小可以达到 1/22727 PWM 周期为 1000 us us (100 HZ - 1 KHZ) 3.8. Infrared Remote Control ESP8266EX 芯 片 目前定义了 1 个 IR 红外遥控接 口, 该接 口定义如下 : 表 15 IR 红外遥控接 口定义 Pin Name Pin Num IO Function Name MTMS 9 IO12 IR Tx GPIO5 24 IO5 IR Rx IR Remote Control 接 口由软件实现, 接 口使 用 NEC 编码及调制解调, 采 用 38KHz 的调制载波, 占空 比为 1/3 的 方波 传输范围在 1m 左右, 传输范围由 2 个因素决定, 一个取决于 GPIO 口的最 大额定电流, 另 一个则取决于采购的红外接收管内部的限流电阻 R 的 大 小,R 越 大, 电流越 小, 自然功率越 小, 相反则越 大 传输半 角度为 15 到 30, 传输 角度取决于采购的红外收发管的辐射 方向性

19 3.9. ADC ESP8266EX 集成了 一个通 用的 10 bit 精度的 ADC 可检测的模拟输 入电压范围在 0-1V 该 ADC 主要 用于检测传感器输出或是电池电量等 在 EXP8266EX 发包时不可使 用 ADC, 否则将会导致电压值的不准确 目前芯 片定义 TOUT (Pin6) 为 ADC 端 口, 如下 : 表 16 ADC 接 口定义 Pin Name Pin Num Function Name TOUT 6 ADC 端 口 ADC 端 口 (Pin6 TOUT) 可提供以下两种应 用, 但以下两种应 用不可同时使 用 : 测量 VDD3P3 管脚 3 和 4 上的电源电压 : 测量 PA_VDD 管脚电压的函数是 :uint16 system_get_vdd33(void) 测量 TOUT 管脚 6 的输 入 入电压 : 测量 TOUT 管脚电压的函数是 :uint16 system_adc_read(void) 后 文描述的 RF_init 参数指的是 : esp_init_data_default.bin 应 用场景 1: 测量 VDD3P3 管脚 3 和 4 的电源电压 硬件设计 :TOUT 管脚必须悬空 RF_init 参数 :esp_init_data_default.bin (0-127byte) 中的第 107 byte 为 vdd33_const, 必须设为 0xFF, 即 255; RF Calibration 工作过程 : 自测 VDD3P3 管脚 3 和管脚 4 上的电源电压, 根据测量结果优化 RF 电路 工作状态 用户软件 : 可使 用 system_get_vdd33; 不可使 用 system_adc_read 应 用场景 2: 测量 TOUT 管脚 6 的输 入电压 硬件设计 : TOUT 管脚接外部电路, 输 入电压范围限定为 0-1.0V RF_init 参数 :esp_init_data_default.bin (0-127byte) 中的第 107 byte 为 vdd33_const, 必须设为真实的 VDD3P3 管脚 3 和管脚 4 上的电源电压 ESP8266EX 的 工作电压范围为 1.8V - 3.6V, vdd33_const 单位为 0.1V, 因此 vdd33_const 有效取值范围为 18-36; 注意 : 标准情况下 工作电压为 3V - 3.6V,2.7V 以下需要特殊的 Flash 支持, 且需要同时修改软硬件设计, 如 无特 殊需求请保证标准情况下的 工作电压 若电源电压不稳定, 会动态变化, vdd33_const 应输 入为电源电压变化的最 小值 x 10.

20 RF Calibration 工作过程 : 根据 RF_init 第 107 byte vdd33_const 的值来优化 RF 电路 工作状态, 容许误差约为 ±0.2V 用户软件 : 不可使 用 system_get_vdd33; 可使 用 system_adc_read 注意事项 1: RF_init 参数, 即 esp_init_data_default.bin (0-127byte) 中的第 107 byte, 命名为 vdd33_const, 此参数的解释如下 : (1) 当 vdd33_const = 0xff,ESP8266 RF Calibration 内部 自测 VDD3P3 管脚 3 和管脚 4 上的电源电压, 根据测量结果优化 RF 电路 工作状态 (2) 当 18 =< vdd33_const =< 36,ESP8266 RF Calibration 使 用 (vdd33_const/10) 来优化 RF 电路 工作状态 (3) 当 vdd33_const < 18 或 36 < vdd33_const < 255 时,ESP8266 RF Calibration 使 用默认值 3.0V 来优化 RF 电路 工作状态 注意事项 2: 函数 system_get_vdd33 用于测量 VDD3P3 管脚 3 和管脚 4 上的电源电压 : (1)Tout 管脚必须悬空, 且必须使 RF_init 参数第 107 byte vdd33_const=0xff (2) 若 RF_init 参数第 107 byte vdd33_const 等于 0xff, system_get_vdd33 函数返回值才为有效的测量值 ; 否则 system_get_vdd33 函数返回 0xffff (3) 返回值单位 :1/1024 V 注意事项 3: 函数 system_adc_read 用于测量 Tout 管脚 6 上的输 入电压时 : (1) 必须将 RF_init 参数第 107 byte vdd33_const 设置为真实的电压电源 (2) 若 RF_init 参数第 107 byte vdd33_const 不等于 0xff, system_adc_read 函数返回值才为有效的测量值 ; 否则 system_adc_read 函数返回 0xffff (3) 返回值单位 :1/1024 V 注意 : 上述 9 种接 口定义中很多 GPIO 接 口是复 用的, 目前我司暂只 支持上述 9 种接 口的定义, 客户可以 根据 ESP8266EX 在产品中实际应 用来定义接 口的功能 此部分功能均可由软 / 硬件实现切换

21 3.10. LED 与 Button ESP8266EX 拥有多达 17 个 GPIO 接 口, 这些数字 IO 均可定义作为 LED 与 Button 的控制接 口 基于 目前 ESP8266EX 一些 demo design 的应 用, 我们对如下 GPIO 接 口进 行 LED 与 Button 定义如下 : 表 17 LED 与 Button 接 口定义 Pin Name Pin Num IO Function Name MTCK 12 IO13 Button (Reset) GPIO0 15 IO0 WiFi Light MTDI 10 IO12 Link Light 上述共定义了 一个 Button 和 2 个 LED 的接 口, 通 用情况下,MTCK 作为复位按键的控制 ;GPIO0 用作 WiFi 工作状态指 示灯 ;MTDI 用作与服务器通信的指 示灯 4. 固件和软件 工具开发包 固件在芯 片上的 ROM 和 SRAM 上运 行, 当设备处于唤醒状态时, 固件通过 SDIO 界 面从主机上下载指令 固件完全遵循 b/g/n/e/i WLAN MAC 协议和 Wi-Fi Direct 规格, 不仅 支持分散控制功能 (DCF) 下的基本服务单元 (BSS) 的操作, 还遵循最新的 Wi-Fi P2P 协议, 支持 P2P 团体操作 (P2P group operation) 底层通信协议功能 自动由 ESP8266EX 运 行, 如 RTS/CTS 确认 分 片和重组 聚合 桢封装 (802.11h/RFC 1042) 自动信标监测 / 扫描 P2P WiFi direct 跟 P2P 发现程序 一样, 被动或主动扫描 一旦在主机的指令下起动, 就会 自动完成 执 行电源管理时, 与主机互动最少, 如此 一来, 有效任务期达到最 小化 4.1. 特征 该软件 工具开发包 支持如下功能 : b/g/n/d/e/i/k/r 支持 Wi-Fi Direct (P2P) 支持 P2P 发现 P2P 群主模式 (Group Owner mode) P2P 电源管理 基础结构型 网络 (Infrastructure BSS) 工作站 (Station) 模式 /P2P 模式 /SoftAP 模式 硬件加速器

22 CCMP (CBC-MAC, 计数模式 ) TKIP (MIC, RC4) WAPI (SMS4) WEP (RC4) CRC WPA/WPA2 和 WPS 支持 其他 i 安全特征 : 预认证 TSN 为 EAP 多种上层认证 方式准备的开放式接 口, 如 : TLS PEAP LEAP SIM AKA 或视客户要求 而定 n 支持 (2.4GHz ) 支持 MIMO 1 1 and 2 1 STBC A-MPDU 和 A-MSDU 聚合 0.4μs 的保护间隔 WMM 节能 U-APSD 采 用带 QoS 的多队列管理, 实现符合 e 标准的多媒体数据流量优化 方式 遵循 UMA, 并通过 UMA 认证 802.1h/RFC1042 帧封装 散列 DMA 进 行数据转移操作, 使 CPU 占 用率达到最 小 天线分集与选择 ( 由软件管理的硬件 ) 将时钟 / 电源 门控与遵循 标准的功率管理结合起来, 根据当前连接情况, 进 行动态调节, 以实现最低能耗 可调节 比率演算法则根据实际的 SNR 和信息包丢失数据设定最优传送率和 Tx 功率 MAC 层 自动重传与 自动回应, 避免主机运 行缓慢时发 生丢包现象 无缝漫游 支持 可配置的数据包交通仲裁与为其量 身定做 基于从机处理器的设计结合, 为 一系列蓝 牙芯 片销售商提供灵活且精确的分时蓝 牙共存 支持 支持双 / 单天线蓝 牙共存, 具备同步接收 WiFi / 蓝 牙的能 力 5. 电源管理 芯 片可以调成以下状态 :

23 关闭 (OFF):CHIP_PD 管脚处于低功率状态 RTC 失效 所有寄存器被清空 深度睡眠 (DEEP_SLEEP):RTC 开着, 芯 片的其他部分都是关着的 RTC 内部 recovery memory 可保存基本的 WiFi 连接信息 睡眠 (SLEEP): 只有 RTC 在运 行 晶体振荡器停 止 任何部位唤醒 (MAC 主机 RTC 计时器 外部中断 ) 将使唤醒整个芯 片 唤醒 (WAKEUP): 在这种状态下, 系统从睡眠状态下转为起动 (PWR) 状态 晶体振荡器和 PLL 均转为使能状态 开启状态 (CPU ON): 高速时钟可以运 行, 并发送 至各个被时钟控制寄存器使能的模块 各个模块, 包括 CPU 在内, 执 行较低电平的时钟 门控 系统运作时, 可以通过 WAITI 指令关闭 CPU 内部时钟 工作状态 (RF WORK): 在开启状态的基础上打开 WiFi 功能 图 3 电源管理 示意图

24 6. 时钟管理 6.1. 高频时钟 ESP8266EX 上的 高频时钟是 用来驱动 Tx 和 Rx 两种混频器的, 它由内部晶振和外部晶振 生成 晶振频率在 26MHz 到 52MHz 之间浮动 尽管晶体震荡器的内部校准功能使得 一系列的晶体满 足时钟 生成条件, 但是 一般来说, 晶体的质量仍然是获得合适的相位噪声要考虑的因素 当使 用的晶体由于频率偏移或质量问题 而不是最佳选择时,WiFi 系统的最 大数据处理能 力和灵敏度就会降低 请参照如下操作说明来测量频率偏移 表 18 高频时钟 变量符号最 小值最 大值单位 频率 FXO MHz 装载电容 CL 32 pf 动态电容 CM 2 5 pf 串 行电阻 RS 0 65 Ω 频率容限 ΔFXO PPM 频率 vs 温度 (-25 C ~ 75 C) ΔFXO, Temp PPM 6.2. 外部参考要求 外部时钟的频率在 26 MHz 到 52 MHz 之间 为了使 无线电接收器良好运作, 时钟必须具备以下特点 : 表 19 时钟外部参考要求 变量 符号 最 小值 最 大值 单位 时钟振幅 VXO Vpp 外部时钟精准度 ΔFXO,EXT ppm 偏移, 40MHz 时钟 -120 dbc/hz 偏移, 40MHz 时钟 -130 dbc/hz 偏移, 40MHz 时钟 -138 dbc/hz 7. 无线接收器 ESP8266EX 无线电接收器主要包含以下模块 : 2.4 GHz 接收器 2.4 GHz 传送器 高速时钟 生成器和晶体振荡器

25 实时时钟 偏压和稳压器 电源管理 7.1. 频道频率 根据 IEEE802.11b/g/n 标准,RF 收发器 支持以下频道 : 表 20 频道频率 频道编号 频率 (MHz) 频道编号 频率 (MHz) GHz 接收器 2.4 GHz 接收器把 RF 信号降频, 变成正交基带信号, 用 2 个 高分辨率的 高速 ADC 将后者转为数字信号 为了适应不同的信号频道, 无线电接收器集成了 RF 滤波器 自动增益控制 (AGC) DC 偏移补偿电路和基带滤波器 GHz 发射器 2.4 GHz 发射器将正交基带信号升频到 2.4 GHz, 使 用 大功率 CMOS 功率放 大器驱动天线 数字校准的使 用进 一步地改善了功率放 大器的线性, 从 而在 b 传输中达到 +17dBm 的平均功率, 在 n 传输中达到 +13dBm 的平均功率, 功能超强 为抵消 无线电接收器的瑕疵, 还另增了校准措施, 例如 : 载波泄露 I/Q 相位匹配, 和 基带 非线性这样便减少了 生产测试所需的时间和设备

26 7.4. 时钟 生成器 时钟 生成器为接收器和发射器 生成 2.4 GHz 时钟信号, 其所有部件均集成于芯 片上, 包括 : 电感器 变容 二极管 闭环滤波器时钟 生成器含有内置校准电路和 自测电路 正交时钟相位和相位噪声通过专利校准算法在芯 片上进 行最优处理, 以确保接收器和发射器达到最佳性能 8. 附录 :QFN32 封装尺 寸图

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