Модуль WiFi ESP-14 чип ESP8266

WiFi модуль ESP8266-ESP-14, контроллер беспроводной связи на современном чипе ESP8266EX с управляющим сопроцессором STM8

В современном, быстроразвивающемся мире, мы все давно привыкли к тому, что нас уже практически везде окружают разнообразные сети беспроводной связи, предлагающие нам возможность отправлять в Интернет или принимать из него различного рода цифровые данные, будь то музыкальные треки, фотографии, файлы с видеорядом или иную полезную информацию повсюду, где к таким сетям есть доступ. Среди существующего множества стандартов связи, подавляющему большинству очень хорошо известна технология WiFi, ставшая повседневной обыденностью. Доступ к WiFi есть почти в каждой квартире, сеть активно развивается в общественном транспорте, часто встречается в сферах отдыха, развлечения и досуга. И конечно же, WiFi присутствует в любом современном персональном компьютере, в мобильном телефоне и планшете. Стоит упомянуть о том, что технология беспроводной связи WiFi широкими шагами углубляется в контекст систем видеонаблюдения, позиционирования и безопасности, а также неустанно набирает обороты по интеграции в бытовой и промышленной электронике. Подхватив тенденцию развития, производители разнообразной "умной" техники стараются усовершенствовать наш быт средствами удалённого обмена данными, внедряют технологию в свои продукты, одновременно обучая их общаться между собой в сетях нового поколения "Интернет Вещей" (англ. Internet of Things, IoT).

Модули на чипе ESP8266 завоевали заслуженную популярность среди разработчиков собственных электронных проектов благодаря низкой ценовой категории и наличием основного полноценного функционала. Он способен выполнять все базовые операции приёмо-передачи по технологии WiFi. Антенна разведена по краю печатной платы в виде зигзагообразной дорожки, контакта или разъёма для монтажа внешней антенны не предусмотрено. Верхняя сторона модуля оборудована металлическим кожухом, защищающим внутреннюю электронику от возможных электрических помех.

Конструктивные особенности ESP8266-14

Беспроводной передатчик ESP-14 заметно выделяется среди себе подобных моделей ESP наличием дополнительного сопроцессора на микросхеме STM8S003, стоящего в прямой связке с ESP8266EX. ESP-14 изначально целенаправленно проектировался для активной работы с АТ командами. Оба встроенных процессора получают питание по раздельным каналам, вследствие чего их можно использовать независимо друг от друга с одной лишь оговоркой - связь в ESP8266EX доступна пользователю через выводы RX и TX единственного последовательного интерфейса UART.

Практически все выводы ESP14 подведены к сопроцессору STM8 и обозначены соответствующей маркировкой на плате (за исключением выводов питания и управления режимом загрузки, принадлежащих микросхеме ESP8266 WiFi-передатчика).  Главная цель программируемого сопроцессора STM8 - создание автономного прожения для автоматического управления чипом ESP8266 без участия "основного" процессора.

Поддержка ESP8266 реализована в популярной среде разработки Arduino IDE, которая позволяет писать собственные программы без обращения к другим интерпретаторам. К счастью, в Arduino IDE уже появились удобные библиотеки для программирования STM8 и STM32. Поэтому разработчику не потребуются другое ПО для создания единого приложения с разно-архитектурными контроллерами.

Технические данные

ESP8266EX беспроводная связь WiFi

• Контроллер: ESP8266EX Serial WiFi, однокристальная система на основе Tensilica L106 с ультра-низким энергопотреблением, разрядность 32-бит
• Рабочее напряжение: 3.3 В
• Поддерживаемое напряжение: 3.0 - 3.6 В
• Рабочий ток: 71-80 мА
• Максимальный ток: 300 мА
• Ток неглубокого сна: 2 мА
• Ток глубокого сна: 0.02 мА
• Флеш-память: 8 МБит / 1 МБайт
• Протоколы WiFi: 802.11 b/g/n
• Диапазон частот: 2.4ГГц-2.5ГГЦ (2400М-2483.5М)
• Режимы WiFi: Клиент, Точка доступа, Клиент+Точка доступа (station, softAP, station+softAP)
• Защита: WPA-PSK, WPA2-PSK
• Шифрование: WEP, TKIP, AES
• Сетевые протоколы: IPv4, TCP/UDP/HTTP/FTP
• Выводы общего назначения (вход/выход, GPIO): 3
• Максимальный ток на контакт общего назначения: 12 мА, рекомендуемый 6мА
• Технология STBC, 1x1 MIMO, 2x1 MIMO
• Выходная мощность в режиме 802.11b: +20dBm
• Интерфейсы: UART
• Интегрированные переключатель приёма/передачи, согласующий высокочастотный трансформатор, усилитель мощности
• Интегрированные блоки: согласования сети, фазовой автоподстройки частоты, управления питанием, блоки регулирования
• Поддержка файловой системы SPIFFS
• Поддержка функций Smart Link для устройств на Andriod и iOS
• Поддержка АТ-команд, Облачного Сервера и Наборов Разработки (SDK), обновление прошивки

STM8S Управление AT командами

• Контроллер: STM8S003F3U6TR, разрядность 8-бит, маркировка S033 PHVG
• Рабочее напряжение ядра: 1.8 В
• Напряжение контактов общего назначения, питание: 3.3В
• Максимальный ток: 100 мА
• Частота: 16 МГц
• Память RAM: 1 КБайт
• Память Flash: 8 КБайт
• Память EEPROM: 128 Байт
• Выводы общего назначения: до 16
• Аналоговые входы АЦП: 5, разрядность 10-бит
• ШИМ выводы: 3, разрядность до 16-бит
• Интерфейсы: UART, SPI, I2C, SWIM

Общие

• Антенна WiFi: PCB, разведена на плате в виде дорожки
• Шаг между контактами: 2.00 мм
• Светодиодная индикация: пользовательский вывод GPIO2
• Рабочая температура: -20°...+85°
• Размеры: 24.0 х 16.0 х 3.0 мм

ESP8266EX функциональная блок-схема

Распиновка ESP-14 (Диаграмма выводов, ESP-14 подключение)

Микроконтроллер STM8S модуля ESP8266-14 обладает выводами (контакты 1-6, 9-14, 18-22) общего назначения, работающими с напряжением в диапазоне от -0.3 вольта до +5.5 вольта, тем самым предоставляя разработчику возможность коммутации разнообразных устройств, работающих на различной вольтовой логике.

Некоторые контакты могут быть переназначены на альтернативные функции, характеристики которых подробно описаны в технической документации по STM8. Все 16 пинов поддерживают обработку внешних прерываний. Рекомендуемый ток отдельного вывода составляет 10 миллиампер, предельный ток - 20 миллиампер.

Примечание! Избегайте превышение значений максимального тока более 20 миллиампер и напряжения более 5.5 вольта, способного повредить микроконтроллер.

• NRST (RESET) — контакт перезапуска модуля, активен при низкоуровневом сигнале
• AINx — Аналого-цифровой преобразователь (АЦП), имеющий в своём распоряжении 5 каналов. Диапазон измерения от 0 вольт до входящего напряжения контакта (Vdda), диапазон значений 0-1023
• ESPVCC — контакт питания микросхемы ESP8266EX
• STMVCC — контакт питания микросхемы STM8S003F3
• GND — общий, заземление

Специальные функции:

• Асинхронный последовательный интерфейс UART устанавливает связь с ESP8266EX по шине UART:
  • UART1_RX — контакт M_PD6, совмещён с GPIO1 UART_TX ESP8266
  • UART1_TX — контакт M_PD5, совмещён с GPIO3 UART_RX ESP8266
  • UART0_CK — контакт M_PD4
  Подключение других устройств к выводам осуществляется по схеме RX->TX, TX->RX.
• Двунаправленный последовательный интерфейс IIC/I2C, позволяет коммутировать внешние датчики, сенсоры, дисплеи т.д.:
  • I2C_SDA — контакт M_PB5
  • I2C_SCL — контакт M_PB4
• Последовательный периферийный интерфейс SPI, допускает подключение дополнительных устройств, совершающих обмен данными по шине SPI (дисплеи, микроконтроллеры и т.д.):
  • SPI_SS - контакт M_PA3
  • SPI_MISO - контакт M_PC7
  • SPI_MOSI - контакт M_CP6
  • SPI_CLK - контакт M_PC5
• ШИМ — широтно-импульсная модуляция сигнала, выводы с максимальной фактической разрядностью до 15-бит (32768 значений)
• Однопроводной интерфейс программирования по протоколу SWIM:
  • SWIM — контакт M_SWIM
• Использование внешнего кварцевого резонатора:
  • OSCIN — тактовый сигнал, контакт M_PA1
  • OSCIN/OSCOUT — контакт подключения кристалла, M_PA1 и M_PA2

Подключение и прошивка ESP8266EX в модуле ESP-14

Для прошивки ESP-14 по шине UART, используйте следующие контакты: M_PD5 в роли RX, M_PD6 как TX, подключите ESPVCC (ESP_VDD) к выводу +3.3В внешнего источника питания, подтяните контакт ESP_GPIO0 на землю через резистор 10 кОм, соедините вместе заземляющие выводы источника питания, модуля ESP-14 и программатора. После запуска микросхемы ESP8266EX загрузите прошивку.

Режимы энергосбережения ESP8266EX

Кроме стандартных режимов полного функционирования и выключенного состояния, модуль ESP-14 поддерживает следующие энергосберегающие режимы:

1. Modem-sleep — настраивается для приложений, использующих функции ШИМ или I2S, заставляющие процессор работать. В случаях, когда WiFi-связь установлена и передача данных не требуется, схема Wi-Fi модема может быть отключена для экономии энергии. Например, в режиме DTIM3, когда ESP8266 "спит" 300 миллисекунд и просыпается на 3 миллисекунды для приёма от точки доступа пакетов беспроводных Маяков (Beacon), общее потребление тока составляет около 20мА.
2. Light-sleep — используется в задачах, в которых поддерживается соединение Wi-Fi и передача данных не требуется, при этом процессор может быть приостановлен. Например, режим коммутатора Wi-Fi. Общее среднее потребление тока составляет около 2 мА.
3. Deep-sleep — глубокий сон оптимален для приложений, которые не требуют подключения Wi-Fi и передают данные c большими задержками по времени. К таким задачам относятся датчики температуры, выполняющие измерения каждые 100 секунд. Например, когда ESP8266EX "спит" 300 секунд и просыпается для соединения с точкой доступа (около 0.3-1 секунды), общее среднее потребление тока намного меньше 1 мА.

Режимы запуска модулей серии ESP

Значения "Высокий" и "Низкий" - уровень сигнала на входе соответствующего контакта.

В модуле ESP-14 выводы CHIP_EN, GPIO2 и GPIO15 не доступны пользователю.

АТ команды ESP8266

В разделе расположены документы, содержащие полный перечень АТ инструкций ESP8266 с подробным описанием для каждой из них. Все команды разделены на три основные группы:

1. Основные АТ команды
2. WiFi AT команды
3. TCP/IP AT команды

АТ инструкции ESP8266 v1.5.4 (англ., PDF)

AT инструкции ESP8266 v3.0.2 (англ., PDF)

АТ команды ESP8266 в примерах v1.3 (англ., PDF)

ESP-14 Схема принципиальная

Техническая информация

• Документация ESP-14 v1.0 (англ., PDF)
• Документация STM8S003F3 v10 (англ., PDF)
• Документация ESP8266EX v1.0 (англ., PDF)
• STM8 SWIM коммутационный протокол и отладочный модуль (англ., PDF)

Полезные ссылки

• Официальный сайт AI-Thinker