ESP-12F模块数据手册 From SZDOIT # ESP-12F模块数据手册 ## 一、概述 ESP-12F WiFi 模块是一款低功耗高性价比的嵌入式无线网络控制模块。可满足智能电网、楼宇自动化、安防、智能家居、远程医疗等物联网应用的需求。 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。  图-1 对比图（立体图） ## 二、主要特性 ### 2.1 系统架构  ### 2.2 硬件参数 • 工作电压：3.3V （3.0 ~ 3.6V） • 工作环境温度：-40 - 85°C • CPU Tensilica L106 o RAM 50KB（可用） o Flash 32Mbit • 系统 o 802.11 b/g/n o 频率范围 2.4 GHz ~ 2.5 GHz（2400 MHz ~ 2483.5 MHz） o 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，支持 RTOS o WIFI @2.4 GHz，支持 WPA/WPA2 安全模式 o 支持 UART、I2C、GPIO、PWM、SDIO、SPI、ADC、PWM、IR o 内置 10 bit 高精度 ADC o 支持 TCP、UDP、HTTP、FTP o 内置 TR 开关、 balun、 LNA、功率放大器和匹配网络 o 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 o 平均工作电流 80mA，深度睡眠保持电流为 20uA，关断电流小于 5uA o 可以兼作应用处理器 SDIO 2.0、 SPI、 UART o 2ms 之内唤醒、连接并传递数据包 o 待机状态消耗功率小于 1.0mW (DTIM3) o 支持本地串口烧录、云端升级、主机下载烧录 o 支持 Station / SoftAP / SoftAP + Station 无线网络模式 o 模组尺寸 24mm 16mm 3mm ## 三、引脚描述  图-3 管脚图（正视图）  ​ 图-4 模块尺寸（侧视图） 表-1 引脚定义及描述 | 引脚 名称 | 描述 | | | ------------- | ---- | ------------------------------------------------------------ | | 1 | RST | 复位模组 | | 2 | ADC | ADC 转换结果，输入电压范围：0 - 1V，取值范围：0 - 1024 | | 3 | EN | 芯片使能端 高电平：有效，模块正常工作；低电平：芯片关闭，电流很小； | | 4 | IO16 | GPIO16；接到 RST 管脚时可做 deep sleep 的唤醒 | | 5 | IO14 | GPIO14；HSPI_CLK | | 6 | IO12 | GPIO12；HSPI_MISO | | 7 | IO13 | GPIO13； HSPI_MOSI；UART0_CTS | | 8 | VCC | 3.3V 供电（VDD） 注意：外部供电电源的最大输出电流建议在 500mA 以上； | | 9 | CS0 | 片选 | | 10 | MISO | 从机输出主机注入 | | 11 | IO9 | GPIO9 | | 12 | IO10 | GPIO10 | | 13 | MOSI | 主机输出从机输入 | | 14 | SCLK | 时钟 | | 15 | GND | 接地 | | 16 | IO15 | GPIO15；MTDO；HSPICS；UART0_RTS | | 17 | IO2 | GPIO2；UART1_TXD | | 18 | IO0 | GPIO0 | | 19 | IO4 | GPIO4 | | 20 | IO5 | GPIO5 | | 21 | RXD | UART0_RXD； GPIO3 | | 22 | TXD | UART0_TXD；GPIO1 | ## 四、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 80MHz 和 160MHz，支持 RTOS。目前 WiFi 协议栈只用了 20%的处理能力，其余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工作： • 连接存储控制器、也可以用来访问外界 Flash 的编码 RAM/ROM 接口（iBus）； • 连接存储控制器的数据 RAM 接口（dBus）; • 访问控制器的 AHB 接口； ### 4.2 存储 #### 4.2.1 内置 SRAM 与 ROM 基于 Demo SDK 的使用 SRAM 情况，用户可用剩余 SRAM 空间为： • RAM < 50 kB（Station 模式下，连上路由后，Heap + Data 区大致可有 50kB 左右）。 • 目前 ESP8266EX 片上没有可编程 ROM，用户程序存放在 SPI Flash 中。 #### 4.2.2 SPI Flash • ESP8266EX 芯片支持使用 SPI 接口的外置 FLASH，理论最大支持 16MB 的 SPI Flash。 • ESP-12F 模块配置了 32Mbit 的 SPI Flash，可满足一般客户的使用需求。 ### 4.3 接口定义及描述 表-2 接口定义及描述 | 接口 | 引脚 | 描述 | | --------- | ------------------------------------------------------------ | ------------------------------------------------------------ | | SPI 接口 | IO12(MISO),IO13(MOSI), IO14(CLK),IO15(CS) | 可以作为主机读写 SPI 从设备，也可以作为从机与外部单片机通信。在 overlap 模式下，可以与 Flash 共用 SPI 引脚，通过不同的 CS 进行切换 | | PWM 接口 | IO12(R),IO15(G),IO13(B) | 官方 demo 中提供 4 路 PWM (用户可扩展 8 路)，可用来控制彩灯，蜂鸣器，继电器及电机等 | | IR 接口 | IO14(IR_T), IO5(IR_R) | IR Remote Control 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。 | | ADC 接口 | TOUT | 可用于检测 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 接口 | IO14(SCL), IO2(SDA) | 可外接传感器及显示屏等 | | UART 接口 | UART0: TXD(U0TXD),RXD(U0RXD),IO15(RTS),IO13(CTS) | 可外接 UART 接口的设备 下载：U0TXD+U0RXD 或者 GPIO2+U0RXD 通信(UART0):U0TXD,U0RXD,MTDO(U0RTS),MTCK(U0CTS) Debug：UART1_TXD(GPIO2)可作为 debug 信息的打印 | | | UART1: IO2(TXD) | UART0 在 ESP8266-12S 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 MTDOMTCK 连接到对应的外部 MCU 的串口进口通信 | | I2S 接口 | I2S 输入： IO12 (I2SI_DATA); IO13 (I2SI_BCK ); IO14 (I2SI_WS); I2S 输出: IO15 (I2SO_BCK ); IO3 (I2SO_DATA); IO2 (I2SO_WS ); | 主要用于音频采集、 处理和传输 | ## 五、电气特性 ### 5.1 功耗  | Deep Sleep | 20uA | | --------------------------------------- | ----- | | Off | 0.5uA | | 正常工作（平均） | 80mA | | 传送 801.11b，CCK 11Mbps，Pout=+17 dBm | 170mA | | 传送 801.11g，OFDM 54Mbps，Pout=+15 dBm | 140mA | | 传送 801.11n，MCS7，Pout=+13 dBm | 120mA | | 接收 801.11b，包长 1024 字节，-80 dBm | 50mA | | 接收 801.11g，包长 1024 字节，-70 dBm | 56mA | | 接收 801.11n，包长 1024 字节，-65 dBm | 56mA | ​ 注①： Modem-Sleep ⽤于需要 CPU⼀直 处于⼯作状态 如 PWM 或 I2S 应⽤等。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 秒测量⼀次温度的传感器。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 1 mA。 以上功耗数据是基于 3.3V 的电源、25°的环境温度下，并使用内部稳压器测得： • 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。 • 所有测量数据是基于没有 SAW 滤波器的情况，在天线接口处测试。 ### 5.2 RF 特性 表-4 射频参数 | 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，1Mbps | / | -98 | / | dBm | | CCK，11Mbps | / | -91 | / | dBm | | 6Mbps（1/2 BPSK） | / | -93 | / | dBm | | 54Mbps（3/4 64-QAM） | / | -75 | / | dBm | | HT20，MCS7（65Mbps，72.2Mbps） | / | -72 | / | dBm | | | | 领频抑制 | | | | OFDM，6Mbps | / | 37 | / | dB | | OFDM，54Mbps | / | 21 | / | dB | | HT20，MCS0 | / | 37 | / | dB | | HT20，MCS7 | / | 20 | / | dB | ### 5.3 数字端口特征 表-5 数字端口特征 | 端口 | 典型值 | 最小值 | | 最大值 | 单位 | | -------------- | ------------------- | --------------- | ---- | --------- | ---- | | 输入逻辑电平低 | VIL | -0.3 | | 0.25 VDD | V | | 输入逻辑电平高 | VIH | 0.75 VDD | | VDD + 0.3 | V | | 输出逻辑电平低 | VOL | N | | 0.1 VDD | V | | 输出逻辑电平高 | VOH | 0.8 VDD | | N | V | | 5.4 最大额定值 | | 表-6 最大额定值 | | | | | 额定值 | 条件 | | 值 | | 单位 | | 存储温度 | / | -40 to 125 | °C | | | | 最大焊接温度 | / | 260 | °C | | | | 供电电压 | IPC/JEDEC J-STD-020 | +3.0 to +3.6 | V | | | ### 5.5 倾斜升温 表-7 倾斜升温 | 接口 | 描述 | | ------------------------------------------------------------ | ----------------------------- | | 倾斜升温速率（Ts Max. 至 TL） | 最大值 3°C/秒 | | 预热最小温度值（Ts Min.）典型温度值（Ts Typ.）最大温度值（Ts Max.）时间（Ts ） | 150°C 175°C 200°C 60 ~ 180 秒 | | 倾斜升温速率（TL至Tp） | 最大值 3°C/秒 | | 以上持续时间：温度（TL）/ 时间（TL） | 270°C / 60 ~ 150 秒 | | 温度峰值（Tp） | 最高温度值 260 °C，持续 10 秒 | | 目标温度峰值（Tp 目标值） | 260°C + 0 / -5°C | | 在持续峰值（Tp）5°C 以内持续的时间 | 20 ~ 40 秒 | | 倾斜降温速率（TsMax.至 TL） | 最大值 6°C / 秒 | | 从 25°C 调制温度峰值所需时间（t） | 最长 8 分钟 | ## 六、原理图  图-5 ESP-12F 原理图 ## 七、最小系统  图-6 ESP-12F 最小系统图 说明 1) 模块 IO 最大输出电流为 12 mA； 2) 模块电源典型值为 3.3 V DC； 3) 模块低电平复位有效； 4) 模块固件在线升级需要在满足 3）的条件下，IO0 拉低，并复位模块；固件升级完成后，IO0 释放， 并复位模块； 5) 模块的 RXD 接 MCU 的 TXD，模块的 TXD 接 MCU 的 RXD； ## 八、推荐 PCB 设计 ESP-12F模组可以焊接到 PCB 板上。为了使终端产品获得最佳的射频性能，请注意根据本指南合理设计模组及天线在底板上的摆放位置。 建议将模组沿 PCB 板边放置，天线在板框外或者沿板边放置且下方挖空，参考方案 1 及方案 2；将 PCB 天线放在底板上也是允许的，只要天线下方不铺铜即可，参考方案 3。  方案 1：天线在板框外  方案 2：天线沿板边放置且下方挖空  方案 3：天线沿板边放置且下方均不铺铜 ## 九、外围走线建议 ESP-12F 集成了高速 GPIO 和外设接口，这可能会产生严重的开关噪声。如果一些应用对于功耗和 EMI 特性要求较高，建议在数字 I/O 线上串联 10 ~ 100 欧姆的电阻。这样可以在开关电源时抑制过冲，并使信号变得平稳。串联电阻也能在一定程度上防止静电释放（ESD）。 ## 更多资源，请关注公众号！