ESP-11 WiFi 模块 规格书 版本 1.0 2015 年 8 月 23 日
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目录 1. 产品概述... 2 1.1. 特点... 3 1.2. 主要参数... 4 2. 接口定义... 5 3. 外型与尺寸... 7 4. 功能描述... 8 4.1. MCU... 8 4.2. 存储描述... 8 4.3. 晶振... 9 4.4. 接口说明... 9 4.5. 最大额定值... 11 4.6. 建议工作环境... 11 4.7. 数字端口特征... 11 5. RF 参数... 12 6. 功耗... 13 7. 倾斜升温... 14 8. 原理图... 15 9. 产品试用... 16 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 1
1. 产品概述 ESP-11 WiFi 模块是由安信可科技开发的, 该模块核心处理器 ESP8266 在较小尺寸封装中集成了业界领先的 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, 集成 Wi-Fi MAC/ BB/RF/PA/LNA, 板载天线 该模块支持标准的 IEEE802.11 b/g/n 协议, 完整的 TCP/IP 协议栈 用户可以使用该模块为现有的设备添加联网功能, 也可以构建独立的网络控制器 ESP8266 是高性能无线 SOC, 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的应处理器时, 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系统性能, 并减少内存需求 另外种情况是, 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, 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, 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 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 2
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 1.1. 特点 802.11 b/g/n 内置 Tensilica L106 超低功耗 32 位微型 MCU, 主频支持 80 MHz 和 160 MHz, 支持 RTOS 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,802.11b 模式下 +20 dbm 的输出功率 A-MPDU A-MSDU 的聚合和 0.4 s 的保护间隔 WiFi @ 2.4 GHz, 支持 WPA/WPA2 安全模式 支持 AT 远程升级及云端 OTA 升级 支持 STA/AP/STA+AP 工作模式 支持 Smart Config 功能 ( 包括 Android 和 ios 设备 ) HSPI 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 待机状态消耗功率小于 1.0 mw (DTIM3) 工作温度范围 :-40-125 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 3
1.2. 主要参数 表 1 介绍了该模组的主要参数 表 1 参数表 类别参数说明 无线参数 无线标准频率范围数据接工作电压 802.11 b/g/n 2.4GHz-2.5GHz (2400M-2483.5M) UART/HSPI/I2C/I2S/Ir Remote Contorl GPIO/PWM 3.0~3.6V( 建议 3.3V) 硬件参数 工作电流 平均值 : 80mA 工作温度 -40 ~125 软件参数 存储温度封装大小外部接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 常温 16mm*18.5mm *3mm 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 用户配置 AT+ 指令集, 云端服务器, Android/iOS APP 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 4
2. 接口定义 ESP-11 共接出 8 个接口, 表 2 是接口定义 图 2 ESP-11 管脚图 表 2 ESP-11 管脚功能定义 序号 Pin 脚名称 功能说明 1 GND GND 2 CH_PD 芯片使能端, 高电平有效 3 RST 复位模组 4 RXD UART0_RXD 5 TXD UART0_TXD 6 GPIO0 1) 默认 WiFi Status:WiFi 工作状态指示灯控制信号 ; 2) 工作模式选择 : 悬空 :Flash Boot, 工作模式 ; 下拉 :UART Download, 下载模式 ; 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 5
7 GPIO1 GPIO1 8 VDD 3.3V 供电 表 3 引脚模式 模式 GPIO15 GPIO0 GPIO2 UART 下载模式低低高 Flash Boot 模式低高高 表 4 接收灵敏度 参数最小值典型值最大值单位 输入频率 2412 2484 MHz 输入电阻 50 Ω 输入反射 -10 db 72.2 Mbps 下,PA 的输出功率 14 15 16 dbm 11b 模式下,PA 的输出功率 17.5 18.5 19.5 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 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 6
邻频抑制 OFDM, 6 Mbps 37 db OFDM, 54 Mbps 21 db HT20, MCS0 37 db HT20, MCS7 20 db 3. 外型与尺寸 ESP-11 贴片式模组的外观尺寸为 16mm*18.5mm *3mm( 如图 3 所示 ) 该模组采用的是容量为 1MB, 封装为 SOP-210 mil 的 SPI Flash 图 3 ESP-11 模组外观 图 4 ESP-11 模组尺寸平面图 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 7
表 5 ESP-11 模组尺寸对照表 长 宽 高 PAD 尺寸 ( 底部 ) Pin 脚间距 13mm 19.3mm 3 mm 0.9 mm x 1.7 mm 1.27mm 4. 功能描述 4.1. 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, 持 RTOS 目前 WiFi 协议栈只了 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作 : 1. 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) 2. 同样连接存储控制器的数据 RAM 接口 (dbus) 3. 访问寄存器的 AHB 接口 4.2. 存储描述 4.2.1. 内置 SRAM 与 ROM ESP8266EX 芯片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 SPI Flash 中 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 8
4.2.2. 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 16 MB 的 SPI flash 目前该模组外接的是 1MB 的 SPI Flash 建议 Flash 容量 : 1 MB-16MB 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 4.3. 晶振 目前晶体 40M,26M 及 24M 均支持, 使用时请注意在下载工具中选择对应晶体类型 晶振输入输出所加的对地调节电容 C1 C2 可不设为固定值, 该值范围在 6pF~22pF, 具体值需要通过对系统测试后进行调节确定 基于目前市场中主流晶振的情况, 般 26Mhz 晶振的输入输出所加电容 C1 C2 在 10pF 以内 ; 般 40MHz 晶振的输入输出所加电容 10pF<C1 C2<22pF 选用的晶振自身精度需在 ±10PPM 晶振的工作温度为-20 C- 85 C 晶振位置尽量靠近芯片的 XTAL Pins ( 走线不要太长 ), 同时晶振走线须用地包起来良好屏蔽 晶振的输入输出走线不能打孔走线, 即不能跨层 晶振的输入输出走线不能交叉, 跨层交叉也不行 晶振的输入输出的 bypass 电容请靠近芯片左右侧摆放, 尽量不要放在线上 晶振下方 4 层都不能走高频数字信号, 最佳情况是晶振下方不走任何信号线, 晶振 TOP 面的铺通区域越大越好 晶振为敏感器件, 晶振周围不能有磁感应器件, 比如大电感等 4.4. 接口说明 表 6 接口说明 接口名称管脚功能说明 IO12(MISO), HSPI 接 IO13(MOSI), IO14(CLK), IO15(CS) 可外接 4SPI Flash 显示屏和 MCU 等 PWM 接 IO12(R), IO15(G),IO13(B) demo 中提供 4 路 PWM ( 用户可自行扩展至 8 路 ), 可用来控制彩灯, 蜂鸣器, 继电器及电机等 IR 接 IO14(IR_T), IO5(IR_R) IR Remote Control4 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 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 9
ADC 接 TOUT 可于检测 VDD3P3 (Pin3,Pin4) 电源电压和 TOUT (Pin6) 的输入 电压 ( 二者不可同时使用 ) 可用于传感器等应用 I2C 接 IO14(SCL), IO2(SDA) 可外接传感器及显示屏等 可外接 UART 接口的设备 下载 :U0TXD+U0RXD 或者 GPIO2+U0RXD UART 接 UART0: TXD(U0TXD), RXD(U0RXD), IO15(RTS), IO13(CTS) UART1: IO2(TXD) 通信 (UART0):U0TXD,U0RXD,MTDO(U0RTS), MTCK(U0CTS) Debug: UART1_TXD(GPIO2) 可作为 debug 信息的打印 UART0 在 ESP8266EX 上电默认会输出一些打印信息 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,U0CTS 交换 硬件上将 MTDO MTCK 连接到对应的外部 MCU 的串进行通信 I2S 输入 : I2S 接 IO12 (I2SI_DATA) ; IO13 (I2SI_BCK ); IO14 (I2SI_WS); I2S 输出 : 主要于音频采集 处理和传输 IO15 (I2SO_BCK ); IO3 (I2SO_DATA); IO2 (I2SO_WS ). 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 10
4.5. 最大额定值 表 7 最大额定值 额定值条件值单位 存储温度 最大焊接温度 -40 to 125 260 4.6. 建议工作环境 供电压 IPC/JEDEC J-STD-020 +3.0 to +3.6 V 表 8 建议工作环境 工作环境名称最小值典型值最大值单位 工作温度 -40 20 125 供电电压 VDD 3.0 3.3 3.6 V 4.7. 数字端口特征 表 9 数字端口特征 端典型值最小值典型值最大值单位 输入逻辑电平低 VIL -0.3 0.25VDD V 输入逻辑电平 VIH 0.75VDD VDD+0.3 V 输出逻辑电平低 VOL N 0.1VDD V 输出逻辑电平 VOH 0.8VDD N V 注意 : 如无特殊说明, 测试条件为 :VDD = 3.3 V, 温度为 20 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 11
5. RF 参数 表 10 RF 参数 描述 最小值 典型值 最大值 单位 输入频率 2400 2483.5 MHz 输入阻抗值 50 ohm 输入反射值 -10 db PA 输出功率为 72.2 Mbps 15.5 16.5 17.5 dbm 11b 模式下 PA 输出功率 19.5 20.5 21.5 dbm 接收灵敏度 CCK, 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 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 12
6. 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 11 功耗 模式最小值典型值最大值单位 传送 802.11b, CCK 11Mbps, POUT=+17dBm 传送 802.11g, OFDM 54Mbps, POUT =+15dBm 170 ma 140 ma 传送 802.11n, MCS7, POUT =+13dBm 120 ma 接收 802.11b, 包长 1024 字节, -80dBm 50 ma 接收 802.11g, 包长 1024 字节, -70dBm 56 ma 接收 802.11n, 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 注 1:Modem-Sleep 于需要 CPU 一直处于工作状态如 PWM 或 I2S 应等 在保持 WiFi 连接 时, 如果没有数据传输, 可根据 802.11 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 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 13
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 802.11 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 秒测量次温度的传感器 例如, 每 300 s 醒来后需 0.3s - 1s 连上 AP 发送数据, 则整体平均电流可远小于 1mA 7. 倾斜升温 表 12 倾斜升温 倾斜升温 T S 最大值 -T L 最大值 3 / 秒 预热最小温度值 (T S Min.) 典型温度值 (T S Typ.) 最温度值 (T S Max.) 时间 (T S ) 倾斜升温 (T L to T P ) 持续时间 / 温度 (T L )/ 时间 (T L ) 150 175 200 60~180 秒最大值 3 / 秒 217 /60~150 秒 温度峰值 (T P ) 最高温度值 260, 持续 10 秒 目标温度峰值 (T P 目标值 ) 260 +0/-5 实际峰值 (t P ) 5 持续时间 20~40 秒 倾斜降温 最大值 6 / 秒 从 25 调至温度峰值所需时间 (t) 最大 8 分钟 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 14
8. 原理图 图 5 ESP-11 原理图 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 15
9. 产品试用 (1) 淘宝店铺 : 深圳市安信可科技有限公司 (2) 微信公众号 (3) 技术支持邮箱 :support@aithinker.com 深圳市安信可科技有限公司 http://www.ai-thinker.com 16