Плата разработчика NodeMCU ESP-32S Development Board TYPE-C USB 38-pin

Основной целью в направлении развития микроконтроллеров на сегодняшний день является минимизация размеров кристаллов с одновременной максимизацией содержащихся в единой структуре числа интегрированных полупроводников, способствующие снижению потребления энергоресурсов. Компания Espressif Systems, вдохновлённая оглушительным успехом Wifi-чипов серии 8266 собственной разработки, не остановилась на достигнутом. Она представила на рынок микроэлектроники долгожданное маленькое чудо — новое компактное мощное и гибкое решение, обладающее высокой степенью интеграции различных актуальных технологий. В чипах серии ESP32 с двумя ядрами на частоте до 240 МГц объединены два протокола беспроводной связи WiFi и Bluetooth, встречающиеся и используемые повсеместно, и встроенные практически в любые современные электронные устройства. ESP32 наделён инновационными возможностями, расширяющими область применения микроконтроллера. Благодаря поддержке нескольких режимов энергопотребления, ESP32 оптимален для множества проектов, разрабатываемых руками и многочисленных любителей-энтузиастов, и специалистов-профессионалов.

Выcокопроизводительные контроллеры ESP32 с архитектурой Tensilica LX6 могут показать себя достойной основой для производства устройств, вписывающихся в окружение концептуальных облачных сетей Интернета вещей (IoT), включающих инструментарий по сбору и хранению данных или объединению всевозможных датчиков. Быть цифровым фундаментом для приложений с опциями стриминга аудио- и видеоданных, распознавания речи и изображений, или успешно существовать в формате вспомогательных функциональных надстроек для готовых рыночных продуктов. ESP32 эффективен в задачах автоматизации домашнего управления освещением, силовыми розетками, дверными замками, жалюзями м гаражными воротами. ESP32 оптимален для  сферы лёгкой промышленности производства и городского обслуживания. Им могут комплектоватся станки с ЧПУ и 3Д-принтеры, системы мониторинга за электронными метками (маяками), робототехника и детские игрушки.

Характеристики: Производитель: Ai-Thinker Модель: NodeMCU ESP-32S / аналог Питание: 5В DC (порт USB Type-C, вход +5V) Рабочее напряжение: 3.3В Потребляемый ток: до 500 мА Контроллер: ESP-32S, 2-ядерный процессор ESP32-D0WDQ6 на основе 32-битных Xtensa LX6 с низким энергопотреблением Тактовая частота: от 80 МГц  до 240 МГц Память: 448 КБ ПЗУ для загрузки и базовых функций, 520 КБ статической ОЗУ для данных и инструкций, 8 КБ быстрой статической ОЗУ для домена питания реального времени (RTC), доступной через главный процессор во время загрузки из режима глубокого сна, 8 КБ 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), ПЗУ 32 Мбит (4 МБайт) flash Диапазон радиочастот: 2.4 ~ 2.5 ГГц (2412 ~ 2484МГц) 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 Поддержка WiFi MAC, Технология 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 форма скачкообразной перестройки 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): 32 Аналоговые входы (АЦП): 16, 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 Arduino IDE C/C++, ESPlorer IDE, NodeMCU Lua, MicroPhyton, PlatformIO Поддержка файловых систем SPIFFS, FATFS, RTOS Поддержка Программных наборов разработки ESP-IDF (SDK), обновление прошивки UART/OTA Светодиодный индикатор: питание (красный), программируемый вывод GPIO2 (синий) Шаг между контактами: 2.54 мм Размер: 48.8 х 25.5 х 11.2 мм Вес: 9 г.

Комплектация: 1х NodeMCU ESP-32S TYPE-С 38pin Упаковка: Антистатический пакет Размеры: 70 х 50 мм Вес брутто: 11 г.

Компоновка элементов и интерфейсов платы NodeMCU-32S

Порт USB

Порт USB Type-C, установленный на плате NodeMCU-32S, соответствует спецификации USB2.0, позволяет подключить плату к ПК для отладки или обновления прошивки. USB-разъём и контроллер ESP32 связывает между собой специализированный контроллер CP2102, отвечающий за двухсторонее преобразование логических сигналов последовательной шины USB и цифрового интерфейса UART-TTL. Порт USB может послужить входом источника 5-вольтового напряжения питания, например, сетевого адаптера или портативного аккумулятора (пауэрбанка). 

Датчик магнитного поля

ESP-32S оснащается резистивным датчиком с эффектом Холла. Чувствительный датчик позволяет измерять силу магнитного поля, воздействующего на него из окружения. Сенсор вырабатывает крайне слабый аналоговый сигнал, пропорциональный уровню магнитного воздействия, который усиливается во внутренней схеме ESP32 и передаётся на контакты S_VP и S_VN.

Режимы энергосбережения ESP32, домен питания реального времени RTC

Чип ESP32 вмещает сопроцессор с ультранизким энергопотреблением (ULP-сопроцессор), отвечающий за возможность работать системе в одном из нескольких режимов 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-32S, 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 PHY-устройство физического интерфейса. PHY подключается через 17-сигнальный интерфейс MII или 9-сигнальный интерфейс RMII.

Документация и программное обеспечение

> Электрическая принципиальная схема модуля ESP-32S Ai-Thinker
> Спецификация NodeMCU-32S Ai-Thinker
> Спецификация ESP-WROOM-32 V2.9
> Технический справочник ESP32 V4.0
> 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