ESP-01S WiFi 模块 规格书 版本 1.0 2016 年 6 月 19 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... 9 4.3. 晶振... 9 4.4. 接口说明... 10 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 1
1. 产品概述 ESP-01S 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 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 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 14.3mm*24.8mm*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 4
2. 接口定义 ESP-01S 共接出 8 个接口, 表 2 是接口定义 图 2 ESP-01S 管脚图 表 2 ESP-01S 管脚功能定义 序号 Pin 脚名称 功能说明 1 GND GND 2 GPIO2 通用 IO, 内部已上拉 3 GPIO0 1) 工作模式选择 : 5
悬空 :Flash Boot, 工作模式下拉 :UART DownLoad, 下载模式 4 RXD 串口 0 数据接收端 RXD 5 VCC 3.3V, 模块供电 6 RST 1) 外部复位管脚, 低电平复位 2) 可以悬空或者接外部 MCU 7 CH_PD 芯片使能, 高电平使能, 低电平失能 8 TXD 串口 0 数据发送端 TXD 表 3 引脚模式 模式 GPIO0 GPIO2 UART 下载模式低高 Flash Boot 模式高高 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
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 3. 外型与尺寸 ESP-01S 贴片式模组的外观尺寸为 14.8mm*24.8mm*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 模组使用的是 3 DBi 的 PCB 板载天线 图 3 ESP-01S 模组外观 7
图 4 表 5 ESP-01S 模组尺寸平 面图 ESP-01S 模组尺寸对照表 长 宽 高 PAD 尺寸 ( 底部 ) Pin 脚间距 14.8 mm 24.8mm 3 mm 0.9 mm x 1.7 mm 2.54mm 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) 8
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 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 选用的是 26M 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 9
4.4. 接口说明 表 6 接口说明 接口名称管脚功能说明 HSPI 接 IO12(MISO), 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 ADC 接 IO14(IR_T), IO5(IR_R) TOUT 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 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 ); 主要 于音频采集 处理和传输 10
IO14 (I2SI_WS); 4.5. 最大额定值 I2S 输出 : IO15 (I2SO_BCK ); IO3 (I2SO_DATA); IO2 (I2SO_WS ). 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 11
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 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 12
OFDM, 54 Mbps 21 db HT20, MCS0 37 db HT20, MCS7 20 db 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 [3] 本模块不支持睡眠自动唤醒功能 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 13
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 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 14
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 8. 原理图 图 5 ESP-01S 原理图 15
9. 产品试用 (1) 淘宝店铺 : (2) 微信公众号 (3) 技术支持邮箱 :support@aithinker.com 16