ESP32

Microcontroladores SoC de bajo coste y bajo consumo con Bluetooth y Wi-Fi

ESP32 es una serie de microcontroladores de sistema en chip de bajo costo y bajo consumo con Wi-Fi integrado y Bluetooth de modo dual . La serie ESP32 emplea un microprocesador Tensilica Xtensa LX6 en variantes de núcleo doble y núcleo único , un microprocesador de núcleo doble Xtensa LX7 o un microprocesador RISC-V de núcleo único e incluye conmutadores de antena integrados, balun de RF , amplificador de potencia, amplificador de recepción de bajo ruido, filtros y módulos de administración de energía. Se encuentran comúnmente en PCB específicas del dispositivo o en una variedad de placas de desarrollo con pines GPIO y varios conectores según el modelo y el fabricante de la placa.

ESP32 fue creado y desarrollado por Espressif Systems , una empresa china con sede en Shanghái, y es fabricado por TSMC utilizando su proceso de 40 nm. ^[2] Es un sucesor del microcontrolador ESP8266 .

Características

Diagrama de bloques de función ESP32.

Imagen del chip ESP32. La mayor parte del chip se utiliza en una red de distribución de energía.

Las características del ESP32 incluyen las siguientes: ^[3]

• Procesadores:
  • CPU: microprocesador Xtensa LX6 de doble núcleo (o de un solo núcleo) de 32 bits, que funciona a 160 o 240 MHz y tiene un rendimiento de hasta 600 DMIPS
  • Coprocesador de consumo ultrabajo (ULP)
• Memoria: 520 KiB de RAM, 448 KiB de ROM
• Conectividad inalámbrica:
  • Wi-Fi: 802.11 b/g/n
  • Bluetooth: v4.2 BR/EDR y BLE (comparte la radio con Wi-Fi)
• Interfaces periféricas:
  • 34 × GPIO programables
  • Convertidor analógico-digital SAR de 12 bits hasta 18 canales
  • 2 DAC de 8 bits
  • 10 × sensores táctiles ( GPIO con detección capacitiva )
  • 4 × SPI
  • 2 × interfaces I²S
  • 2 × interfaces I²C
  • 3 × UART
  • Controlador de host SD / SDIO / CE-ATA / MMC / eMMC
  • Controlador esclavo SDIO/SPI
  • Interfaz MAC Ethernet con DMA dedicado y compatibilidad planificada con el protocolo de tiempo de precisión IEEE 1588 ^[4]
  • Bus CAN 2.0
  • Mando a distancia por infrarrojos (TX/RX, hasta 8 canales)
  • Contador de pulsos (capaz de decodificación en cuadratura completa )
  • PWM del motor
  • LED PWM (hasta 16 canales)
  • Preamplificador analógico de potencia ultrabaja
• Seguridad:
  • Se admiten todas las funciones de seguridad del estándar IEEE 802.11, incluidas WPA , WPA2, WPA3 (según la versión) ^[5] y la infraestructura de privacidad y autenticación WLAN (WAPI)
  • Arranque seguro
  • Cifrado de Flash
  • OTP de 1024 bits , hasta 768 bits para clientes
  • Aceleración de hardware criptográfico: AES , SHA-2 , RSA , criptografía de curva elíptica (ECC), generador de números aleatorios (RNG)
• Gestión de energía:
  • Regulador interno de baja caída de tensión
  • Dominio de potencia individual para RTC
  • Corriente de sueño profundo de 5 μA
  • Activación de interrupción GPIO, temporizador, mediciones ADC, interrupción del sensor táctil capacitivo

Familia ESP32-xx

Desde el lanzamiento del ESP32 original, se han presentado y anunciado varias variantes que forman la familia de microcontroladores ESP32. Estos chips tienen diferentes CPU y capacidades, pero todos comparten el mismo SDK y son en gran medida compatibles en términos de código. Además, se revisó el ESP32 original (consulte ESP32 ECO V3, por ejemplo). Consulte también https://gist.github.com/sekcompsci/2bf39e715d5fe47579fa184fa819f421

ESP32

• Microprocesador(es) LX6 de 32 bits de uno o dos núcleos de Xtensa
• Admite unidad de punto flotante (FPU) de precisión simple
• Wi-Fi: 802.11 b/g/n
• Bluetooth: v4.2 BR/EDR y BLE (comparte la radio con Wi-Fi)
• 34 × GPIO programables
• Convertidor analógico-digital SAR de 12 bits hasta 18 canales
• 2 DAC de 8 bits

ESP32-S2

• CPU Xtensa LX7 de un solo núcleo, hasta 240 MHz (con coprocesador ULP funcionando a 20 MHz)
• NO Unidad de punto flotante (no FPU) ^[6]
• SRAM de 320 KiB, ROM de 128 KiB y SRAM RTC de 16 KiB
• Wi-Fi de 2,4 GHz (IEEE 802.11b/g/n) ^[7]
• Sin Bluetooth
• 43 GPIO programables ^[7]
• 2 ADC SAR de 13 bits, hasta 20 canales
• USB OTG

ESP32-S3

• CPU Xtensa LX7 de doble núcleo, hasta 240 MHz, ^[8] y compatible con FPU de precisión simple
  • Se agregaron instrucciones para acelerar las aplicaciones de aprendizaje automático
• SRAM de 512 KiB, ROM de 384 KiB y SRAM RTC de 16 KiB
• Capaz de conectarse a PSRAM y Flash externos a través de Quad SPI u Octal SPI , y compartir el mismo espacio de direcciones de 32 MiB
• Coprocesador RISC-V de consumo ultrabajo (RV32IMC) con una frecuencia de reloj de aproximadamente 17,5 MHz
• Coprocesador FSM de consumo ultrabajo similar a los anteriores ESP32 y ESP32-S2
• Wi-Fi de 2,4 GHz (IEEE 802.11 b/g/n) ^[9]
• Bluetooth 5 (LE)
• 45 GPIO programables
• Sin MAC Ethernet integrado
• 2 ADC SAR de 12 bits, hasta 20 canales
• USB OTG

ESP32-C2

• Procesador de un solo núcleo RISC-V de 32 bits que opera a hasta 120 MHz e implementa RV32IMC ISA ^[10]
• Potencia y rendimiento de RF de última generación
• 576 KB de ROM, 272 KB de SRAM (16 KB de caché) en el chip
• 14 GPIO programables: SPI, UART, I2C, controlador LED PWM, controlador DMA general (GDMA), ADC SAR, sensor de temperatura

ESP32-C3

Placa NodeMCU con un ESP32-C3-32S

• CPU RISC-V de un solo núcleo de 32 bits , hasta 160 MHz ^[11]
• SRAM de 400 KiB, ROM de 384 KiB y SRAM RTC de 8 KiB
• Wi-Fi de 2,4 GHz (IEEE 802.11b/g/n) ^[12]
• Bluetooth 5 (LE) ^[12]
• 22/16 GPIO programables
• 2 convertidores analógicos a digitales de 12 bits
• Pin compatible con ESP8266

ESP32-C6

• CPU RISC-V de 32 bits de alto rendimiento , hasta 160 MHz, ^[13] que implementa RV32IMAC
• CPU RISC-V de 32 bits de bajo consumo, hasta 20 MHz, que implementa RV32IMAC
• 512 KiB de SRAM y 320 KiB de ROM
• IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6) en 2,4 GHz, compatible con un ancho de banda de 20 MHz en modo 11ax, un ancho de banda de 20 o 40 MHz en modo 11b/g/n
• IEEE 802.15.4 ( Hilo + Zigbee )
• Bluetooth 5.3 (LE)
• 30 (QFN40) / 22 (QFN32) GPIO programables

ESP32-H2

• CPU RISC-V de un solo núcleo de 32 bits , hasta 96 MHz
• Memoria RAM de 256 KB
• IEEE 802.15.4 ( Hilo + Zigbee )
• Bluetooth 5.3 (LE)
• No hay soporte para Wi-Fi.
• 19 GPIO programables ^[14]

Anunciado

ESP32-C5

• CPU RISC-V de un solo núcleo de 32 bits , hasta 240 MHz ^[15]
• 384 KB de SRAM y 320 KB de ROM
• IEEE 802.11ax (Wi-Fi 6) en 2,4 y 5 GHz, compatible con un ancho de banda de 20 MHz en modo 11ax, y un ancho de banda de 20 o 40 MHz en modo 11b/g/n
• IEEE 802.15.4 ( Hilo + Zigbee ) ^[16]
• Bluetooth 5 (LE)
• > 20 GPIO programables

ESP32-P4

• CPU RISC-V de 32 bits y doble núcleo de alto rendimiento , hasta 400 MHz
  • Implementación de RV32IMAFC_Zicsr_Zifencei e instrucciones AI/vector personalizadas.
  • Admite unidad de punto flotante (FPU) de precisión simple.
• CPU RISC-V de un solo núcleo de 32 bits y bajo rendimiento , hasta 40 MHz
  • Implementación de extensiones ISA RV32IMAC_Zicsr_Zifencei.
• 768 KiB SRAM en un sistema central de alto rendimiento.
• 8 KiB TCM en un sistema central de alto rendimiento.
• 32 KiB SRAM en el subsistema de bajo consumo.
• Admite PSRAM.
• Aceleradores de hardware integrados para varios protocolos de codificación de medios, incluido H.264 .
• Wi-Fi y Bluetooth no están implementados.
  • Si se requiere una conexión inalámbrica, se puede conectar fácilmente a la serie ESP32-C/S/H.
• Más de 50 GPIO programables ^[17]

Chip y módulo encapsulados en QFN

El ESP32 está alojado en encapsulados QFN ( sin cables ) de cuatro planos de distintos tamaños con 49 almohadillas. Específicamente, 48 almohadillas de conexión a lo largo de los costados y una almohadilla térmica grande (conectada a tierra) en la parte inferior.

Papas fritas

El circuito integrado del sistema ESP32 en un chip está empaquetado en paquetes QFN de tamaño de 6 mm × 6 mm y 5 mm × 5 mm.

En 2020, los chips ESP32-D0WDQ6 y ESP32-D0WD también obtuvieron una versión V3 (ESP32 ECO V3), que corrige algunos de los errores ^[18] e introduce mejoras con respecto a las versiones anteriores.

Módulos

Los módulos del sistema ESP32 PICO combinan un chip de silicio ESP32, un oscilador de cristal, un chip de memoria flash, capacitores de filtro y enlaces de adaptación de RF en un solo paquete QFN de tamaño 7 mm × 7 mm.

El primer PICO lanzado fue el ESP32-PICO-D4 con 2 CPU a 240 MHz, 4 MiB de flash interno, un oscilador de 40 MHz y 34 GPIO. ^[19]

Más tarde, en 2020, se introdujeron los módulos ESP32-PICO-V3 y ESP32-PICO-V3-02, ambos basados ​​en la oblea ESP32 ECO V3. ^{[20] [21]}

En 2022 se introdujo el módulo ESP32-S3-PICO-1 con USB OTG y PSRAM interna. ^[22]

Placas de circuito impreso

Placas modulares de montaje superficial

Los módulos de placa de circuito impreso de montaje superficial basados ​​en ESP32 contienen directamente el SoC ESP32 y están diseñados para integrarse fácilmente en otras placas de circuito. Se utilizan diseños de antenas en forma de F invertida en meandro para las antenas de trazas de PCB en los módulos que se enumeran a continuación. Además de la memoria flash, algunos módulos incluyen RAM pseudoestática (pSRAM).

Placas de desarrollo y otras

SparkFun Thing Plus: ESP32 WROOM

Las placas de desarrollo y de conexión extienden el cableado y pueden agregar funcionalidad, a menudo basándose en las placas de módulos ESP32 y haciéndolas más fáciles de usar para fines de desarrollo, especialmente con placas de pruebas .

† SoC ESP32 incorporado directamente en la placa de desarrollo; no se utiliza placa de módulo.

Programación

Lenguajes de programación, marcos, plataformas y entornos utilizados para la programación ESP32:

• ESP-IDF ^{[65] [66]} – Marco de desarrollo de IoT oficial de Espressif para las series de SoC ESP32, ESP32-S, ESP32-C y ESP32-H.
• Arduino-ESP32 ^[67] – Núcleo Arduino para ESP32, ESP32-S2, ESP32-S3 y ESP32-C3.
• Espruino – SDK y firmware de JavaScript que emulan de forma precisa Node.js
• MicroPython (y CircuitPython ): implementación simplificada de Python 3 para microcontroladores
• Mongoose OS : un sistema operativo para productos conectados en microcontroladores; programable con JavaScript o C. Una plataforma recomendada por Espressif Systems, ^[68] AWS IoT, ^[69] y Google Cloud IoT. ^[70]
• mruby para el ESP32
• NodeMCU – Firmware basado en Lua
• Óxido ^{[71] [72]}
• Rápido ^{[73] [74]}
• Visual Studio Code con la extensión Espressif Integrated Development Framework (ESP-IDF) oficialmente compatible ^[75]
• Zerynth : Python para IoT y microcontroladores, incluido el ESP32
• Matlab Simulink

Recepción y uso

Usos comerciales, industriales y académicos del ESP32:

Uso en dispositivos comerciales

• Pulsera LED IoT de Alibaba Group , utilizada por los participantes en la reunión anual del grupo en 2017. Cada pulsera funcionaba como un "píxel" y recibía comandos para el control coordinado de la luz LED, lo que permitía la formación de una pantalla "en vivo e inalámbrica". ^[76]
• M1 de DingTalk, un sistema biométrico de seguimiento de asistencia. ^[77]
• LIFX Mini, una serie de bombillas LED controlables de forma remota. ^[78]
• Pium, un dispositivo de aromaterapia y fragancia para el hogar. ^[79]
• Odroid Go de HardKernel , un kit de dispositivo de juego portátil basado en ESP32 creado para conmemorar el décimo aniversario de Odroid. ^[80]
• Playdate , una consola de videojuegos portátil desarrollada conjuntamente por Panic Inc. y Teenage Engineering .
• Octopus Energy Mini, un monitor de energía en tiempo real basado en ESP32-C6. ^[81]

Uso en dispositivos industriales

• Los módulos X1 y X2 de la serie Moduino X de TECHBASE son computadoras basadas en ESP32-WROVER / ESP32-WROVER-B para automatización y monitoreo industrial, que admiten entradas/salidas digitales, entradas analógicas y varias interfaces de redes de computadoras. ^[82]
• Dispositivos industriales NORVI IIOT con SOC ESP32-WROVER / ESP32-WROVER-B para automatización y monitorización industrial con entradas digitales, entradas analógicas, salidas de relé y múltiples interfaces de comunicación. Admite LoRa y Nb-IoT como módulos de expansión. ^[83]

Usos académicos

• Los dispositivos ESP32 se utilizan en entornos educativos ^[84] y en proyectos de investigación académica. Por ejemplo, estos dispositivos se han utilizado para desarrollar un sistema doméstico inteligente diseñado para supervisar y controlar la carga de vehículos eléctricos, teniendo en cuenta el consumo de corriente de otros aparatos eléctricos y la capacidad de potencia contratada. ^[85]

Véase también

• Internet de las cosas

Referencias

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Enlaces externos

• Descripción general de Espressif ESP32
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• Guía de programación de Espressif ESP-IDF
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