Плата разработчика ESP32-WROOM-32 DevKitC NodeMCU 30pin TYPE-C

Добившись значительного успеха с WiFi-чипом ESP8266, компания Espressif Systems продолжает движение вперёд, выпустив на рынок совершенно новое мощное и гибкое решение, объединяющее в себе не только популярные стандарты беспроводной связи WiFi и Bluetooth, встречающиеся повсеместно практически в любых современных электронных устройствах, но и по-настоящему обширные инновационные возможности, расширяющие спектр использования микроконтроллера ESP32 в разнообразных проектах с низким энергопотреблением, разрабатываемых как многочисленными любителями-энтузиастами, так и профессиональными специалистами.

Контроллеры ESP32 могут быть задействованы в различных и по-своему уникальных приложениях: связывающие устройства для концептуальных вычислительных сетей Интернет вещей (IoT), включающие инструменты по сбору и хранению данных или объединению всевозможных датчиков, устройства аудио или видео стриминга, дополнительные надстройки к полноценным электронным продуктам, элементы механизмов распознавания речи или изображений. А также находят применение в домашней автоматике, управляющей освещением, силовыми розетками или дверными замками. ESP32 может участвовать в разработке различных приложений автоматизированного координирования и взаимодействия индустриального оборудования, в системах мониторинга за электронными метками (маяками), в образовательной, промышленной и сервисной робототехнике, в детских игрушках, в любых компактных портативных умных устройствах.

Обновлённая версия платы разработчика ESP32-WROOM-32 DevKitC NodeMCU 30pin комплектуется современным разъёмом формата Type-C последовательного интерфейса USB.

Характеристики: Модель: ESP32-DevKitC-30Pin Type-C/ NodeMCU-32S / ESP32-WROOM-32 DevKitV1/ аналог Питание: 5В DC (порт USB TYPE-C, вывод +5V) Рабочее напряжение: 3.3В Потребляемый ток: до 500 мА Контроллер: ESP-WROOM-32, 2-ядерный 32-битный процессор ESP32-D0WDQ6 Xtensa LX6 с низким энергопотреблением Тактовая частота: от 80 МГц до 240 МГц Встроенная память: 448 Кбайт ПЗУ для загрузки и базовых функций, 520 Кбайт статической ОЗУ для данных и инструкций, 8 Кбайт быстрой статической ОЗУ для домена питания реального времени (RTC), доступной через главный процессор во время загрузки из режима глубокого сна, 8 Кбайт медленной статической ОЗУ для домена питания реального времени (RTC), доступной через сопроцессор в режиме глубокого сна, 1 Кбит eFuse, 256 бит заняты системой (MAC-адрес и настройки чипа), 768 бит для пользовательских приложений, включая флеш-шифрование и идентификатор микросхемы (chip-ID), 32 МБит (4 МБайт) ПЗУ 40МГц для приложения Диапазон радиочастот: 2.4ГГц-2.5ГГЦ (2412М-2484М) Режимы WiFi: Клиент, Точка доступа, Клиент+Точка доступа (station, softAP, station+softAP) Протоколы WiFi: 802.11 b/g/n, до 150 Мбит/сек Выходная мощность в режиме 802.11b: +20.5 dBm Технологии: WiFi MAC и STBC 2х1 Антенна: PCB, разведена на плате в виде дорожки Bluetooth: Версия 4.2 BR/EDR и BLE спецификации Мощность передающего сигнала: +12dBm NZIF-приёмник с чувствительностью -97dBm Адаптивная перестройка рабочей частоты (AFH) Class-1, class-2 и class-3 передатчик без внешнего усилителя мощности Поддержка мульти-соединений в режимах классического BT и BLE Поддержка многоранговых соединений Piconect и Scatternet Поддержка голосовых кодеков CVSD и SBC Шифрование: WAPI, WEP, TKIP, AES, SHA-2, RSA, ECC Выводы общего назначения (вход/выход, GPIO): 25 Аналоговые входы (АЦП): 15, 12-бит Аналоговые выходы (ЦАП): 2, 8-бит Ток контакта общего назначения GPIO: реком. 6 мА, макс.12 мА Интерфейсы: GPIO, UART, I2C, I2S, SPI, PWM, Touch, Ethernet MAC, SDcard, SDIO, IrDA Скорость передачи данных UART: до 5 МБит/сек Встроенный переключатель приёма/передачи, согласующий высокочастотный трансформатор, усилитель мощности Встроенные блоки: согласования сети, фазовой автоподстройки частоты, управления питанием, блоки регулирования Встроенные сенсоры: датчики Холла, ёмкостный датчик касаний Поддержка ESP-IDF (SDK), Arduino IDE C/C++, ESPlorer IDE, NodeMCU Lua, MicroPhyton, PlatformIO Поддержка файловых систем SPIFFS, FATFS, RTOS Поддержка обновления прошивки по воздуху UART/OTA Светодиодный индикатор: питание (красный), программируемый вывод GPIO2 (синий) Шаг между контактами: 2.54 мм Размеры: 28.2 х 12.9 х 51.5 (53) мм Вес нетто: 8.8 г.

Комплектация: 1х Плата WROOM-32 DevKitC NodeMCU 30pin TYPE-C Упаковка: Антистатический пакет, пенопропиленовый защитный вкладыш Размеры: 100 х 58 х 15мм Вес брутто: 10.1 г.

Компоновка элементов и интерфейсов платы ESP32-DevKitC-30pin

Порт USB

Порт USB Type-C модуля ESP32-DevKitC-30pin соответствует спецификации USB2.0 и служит последовательным проводным интерфейсом функций обновления программного обеспечения (прошивки) платы ESP32-DevKitC-30pin, вывода отладочной информации (по умолчанию отключено) или просто входом 5-вольтового напряжения питания. Он соединён со встроенным чипом CP2102 преобразователя логических сигналов USB-UART/TTL, который в свою очередь общается с ESP32-WROOM-32 через шину UART и передаёт данные в оба направленния.

Датчик Холла

ESP32-WROOM-32 оснащён встроенным резистивным датчиком на основе эффекта Холла. Чувствительный датчик измеряет силу магнитного поля, воздействующего на него из окружения, и вырабатывает крайне слабый аналоговый сигнал, пропорциональный уровню магнитного воздействия. Аналоговый сигнал от датчика Холла усиливается в интегрированной схеме ESP32 и передаётся на выводы S_VP и S_VN.

Режимы энергосбережения ESP32, домен питания реального времени RTC

Чипсет ESP32 располагает сопроцессором с ультранизким энергопотреблением (ULP-сопроцессор), и подготовлен к нескольким режимам энергопотребления:

♦ Активный режим - блоки радиопередатчиков постоянно включены, чип ESP32 может передавать и принимать данные, или вести постоянное радионаблюдение. Ток потребления составляет 95-240 мА.

♦ Режим спящего модема - функционируют все возможности чипа ESP32, за исключением блоков радиопередатчиков WiFi и Bluetooth. Частота процессора автоматически регулируется в зависимости от загруженности ядра и используемой периферии. Потребляемый ток снижается до 20-68 мА.

♦ Режим лёгкого сна - процессор ESP32 остановлен, при этом память и периферия домена питания реального времени RTC, а также ULP-сопроцессор, находятся в рабочем состоянии. Выход из режима сна основан на возникновении пробуждающих событий (MAC, хост, таймер RTC или внешние прерывания). Сила рабочего тока в режиме лёгкого сна не превышает 0.8 мА.

♦ Режим глубокого сна - напряжение получают только память и периферия (RTC_GPIO, RTC_I2C) домена питания реального времени RTC, включая ULP-сопроцессор. Все остальные элементы ESP32 обесточены. Настройки соединений WiFi и Bluetooth сохраняются в памяти RTC. Энергопотребление снижается до 10-150 мкА.

♦ Режим гибернации - встроенный кварцевый генератор на 8 МГц, ULP-сопроцессор и память домена RTC отключены от питания. Остаются активными таймер RTC и некоторые контакты RTC GPIO, с помощью которых возможен возврат из спящего режима. Рабочий ток в режиме гибернации составляет всего 5 мкА.

Расположение и функциональное назначение контактных выводов

Операции обмена цифровыми данными между контроллером и внешней периферией, подключаемой к выводам общего назначения (GPIO) модуля NodeMCU ESP-32, основаны на 3.3-вольтовой логике. Высокоуровневым сигналом или логической единицей называются импульсы с напряжением в диапазоне +2.64...+3.6 вольт. Низкоуровневым сигналом или логическим нулём именуются импульсы в интервале -0.3...+0.33 вольт. Множество выводов ESP32 имеют интегрированные схемы программного управления, устанавливающие уровень логического состояния — высокое (контакт подтянут к плюсовому напряжению/питанию) или низкое (контакт стянут к нулевому напряжению). Большинство контактов платы могут быть смультиплексированы с различными интерфейсами (UART, I2C, I2S, PWM, HSPI, VSPI, служебным каналом EMAC, и другими). Рекомендуемый ток отдельного вывода GPIO составляет 6 мА, максимальный ток - не более 12 мА.

➥ VCC 3V3 — вывод c напряжением 3.3 вольта, предназначен для питания внешней периферии (не более 300мА)
➥ CHIP_EN — вход логического сигнала управления ESP32, высокий - включение Enable, низкий - перезапуск контроллера Reset
➥ GPIO0 ~ GPIO33 — выводы общего назначения для ввода/вывода инфомрации. Вывод GPIO0 имеет функцию переназначения. Низкоуровневым сигналом GPIO0 в момент включения/сброса ESP32 запускается режим загрузки/обновления ПО через UART0/USB. GPIO34, 35, 36, и 39 работоспособны исключительно на вход
➥ RTC(GPIO0) ~ RTC(GPIO39) — входы домена питания реального времени RTC. Поддерживается операция пробуждения ESP32 из режима лёгкого сна
➥ S_VP(ositive), S_VN(egative) — выходы встроенного датчика Холла, подключенного к внутреннему усилителю сигнала АЦП1. Результаты измерения силы окружающего магнитного поля искажаются при совместном использовании датчика Холла с другими функциями
➥ 32K_XP(ositive), 32K_XN(egative) — входы внешнего кварцевого генератора частоты 32.768 КГц
➥ VDET_1, VDET_2 — аналоговый вход домена питания реального времени RTC. Поддерживается вывод процессора ESP32 из режимов энергосбережения. Требуется предварительная программная подготовка
➥ VCC 5V — вход питания NodeMCU-32S ESP-32S стабилизированного 5-вольтового напряжения / выход напряжения шины USB

Специальные функции и интерфейсы

➥ ADC1_X, ADC2_X  — каналы X аналого-цифровых преобразователей АЦП1 и АЦП2 с 12-битной разрядностью. Диапазон преобразованных значений в интервале 0-4095. Функция преобразования АЦП2 не доступна в состоянии активного WiFi-подключения
➥ DAC_1, DAC_2 — цифро-аналоговые преобразователи ЦАП1 и ЦАП2. Выводы преобразования цифровых значений от 0 до 255 (разрядность 8 бит) в пропорциональное выходное аналоговое напряжение
➥ UART — интерфейс ассинхронной последовательной шины, состоящий из линии приёма информации RX и передачи TX. Внутри ESP32 реализовано три аппаратных блока UART. По умолчанию, в среде разработки Arduino IDE предопределена одна UART-шина.

➥ I2C/IIC/TWI — двунаправленный последовательный интерфейс из линий передачи данных SDA и тактирования SCL. Поддерживает одновременно до 127 параллельных устройств с уникальным аппаратным адресом. В чипсете ESP32 существует 2 аппаратных блока I2C с произвольным назначением на любой GPIO в программируемых режимах ведущий или ведомый. По умолчанию, в среде разработки Arduino IDE предусмотрена одна I2C-шина с контактами GPIO22 (WIRE_SCL) и GPIO21 (WIRE_SDA).
➥ SPI — шина последовательного периферийного интерфейса (SPI, HSPI, VSPI) в программируемых режимах ведущий или ведомый. Шина включает линии передачи данных от ведущего к ведомому MOSI, от ведомого к ведущему MISO, тактирования сигнала SCLK, выбора адреса SS(CS). Шина SPI занята внутренней flash-памятью, шина VSPI активна по умолчанию.

➥ I2S — последовательный синхронный протокол передачи аудиоданных между цифровыми аудио устройствами. В ESP-32S интегрированы 2 независимых 3-проводных контроллера I2S (I2S0, I2S1), поддерживающие режимы ведущий и ведомый. Линии битовой частотной синхронизации (BCLK), правого/левого каналов WS, цифровых данных (SD) каждой шины I2S мультиплексируются на любых GPIO. Управление линией опорного I2S-тактирования (MCLK) для периферии определяется функциями CLK_OUT1~3. Передача сигналов PDM в режиме ЦАП/АЦП предусматривается только в I2S0
➥ Touch0~9 — вход ёмкостного сенсорного датчика, аппаратно реагирующего на изменение ёмкости в электрической цепи соответствующего вывода, вызванное прикосновением человека или объекта. Поддерживается функция пробуждения ESP-32S из энергосберегающих режимов сна
➥ SD/SDIO/MMC — хост-интерфейс (HS2), поддерживающий карты памяти стандарта SD V3.01
➥ SDIO/SPI — периферийный интерфейс (SD), поддерживающий промышленные карты памяти с спецификацией SDIO 2.0
➥ PWM (ШИМ) — цифровой сигнал с управляемой широтно-импульсной модуляцией. ШИМ поддерживается на любом GPIO ESP-32S за исключение портов 34-36 и 39
➥ Ethernet MAC (EMAC) — интерфейсы MII/RMII управления доступом к среде (MAC), совместимого со стандартом IEEE-802.3-2008. Для подключения к физической шине LAN (скрученная пара, волокно и т.д.), процессору ESP32 требуется внешнее аппаратное PHY-устройство, реализующее физический интерфейс. PHY подключается через 17-сигнальный интерфейс MII или 9-сигнальный интерфейс RMII.

Документация и программное обеспечение

> Спецификация ESP-WROOM-32 V3.7
> Технический справочник ESP32 V5.8
> Спецификация SL CP2102 V1.8.1
> Поддержка NodeMCU-32S в среде PlatformIO
> Приложение для обновления ПО Flash Download Tools_V3.6.7
> Оригинальная прошивка AI-Thinker NodeMCU-32S (ESP-IDF v2.0)
> Прошивка для SoC WiFi ESP32, основанная на Lua NodeMCU
> Среда программирования NodeMCU ESPlorer
> Загружаемая библиотека ESP32 Espressif для Arduino IDE
> Фреймворк (SDK) ESP-IDF разработки приложений на SoC Espressif для Windows, Linux, macOS