物联网时代的全能型微控制器原理与应用(二)
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蓝牙模块:同时支持蓝牙经典版(BR/EDR)和蓝牙低功耗(BLE),蓝牙 5.0 标准兼容:
经典蓝牙:支持音频传输(如 A2DP 协议),可连接蓝牙耳机、音箱等设备;
BLE:传输距离可达 100 米以上,广播包长度扩展至 255 字节,适合低功耗设备组网(如蓝牙信标、传感器节点),待机电流仅 20μA。
射频前端:集成功率放大器(PA)和低噪声放大器(LNA),发射功率可达 + 20dBm(100mW),接收灵敏度 - 98dBm@802.11b,确保复杂环境下的通信可靠性(如工业厂房的多墙体遮挡场景)。
无线通信模块与处理器通过专用总线连接,协议栈运行在 Core 0 上,用户可通过 API 接口(如 Wi-Fi 的 esp_wifi_* 函数)便捷控制,无需深入理解底层射频技术。
外设接口:感知与控制的扩展能力
ESP32 配备丰富的外设接口,可直接连接传感器、执行器、显示屏等外部设备,构建完整的物联网系统,其接口设计兼顾了灵活性和易用性。
数字与模拟接口
通用输入输出口(GPIO):共 34 个可编程 GPIO 引脚,支持中断、PWM(脉冲宽度调制)、I2C、SPI、UART 等多种功能复用,可通过寄存器配置灵活切换。例如,GPIO4-GPIO5 可配置为 I2C 接口连接温湿度传感器(如 SHT30),GPIO18-GPIO21 可配置为 SPI 接口驱动显示屏(如 ST7735)。
模拟输入(ADC):2 个 12 位 SAR ADC(模数转换器),支持 18 个通道(包括 16 个 GPIO 引脚和 2 个内部信号),测量范围 0-3.3V,采样率最高 2MHz,可用于采集电池电压、光敏电阻、模拟传感器等模拟信号,配合 DMA(直接内存访问)实现高速数据采集。
数模输出(DAC):2 个 8 位 DAC 通道,可输出 0-3.3V 的模拟电压,用于生成简单波形(如正弦波、三角波)或驱动模拟电路(如运算放大器)。
通信与控制接口
UART:3 个硬件 UART 接口,支持高达 5Mbps 的波特率,可连接 GPS 模块、蓝牙模块(作为备用通信)、调试串口等,支持硬件流控(RTS/CTS),适合高速数据传输。
SPI:4 个 SPI 主机接口和 1 个 SPI 从机接口,最高速率 80MHz,支持双数据线路(Dual SPI)和四数据线路(Quad SPI),可连接外部 Flash、显示屏、ADC/DAC 芯片等高速外设。
I2C:2 个 I2C 控制器,支持主从模式,速率高达 1Mbps,可连接传感器(如 MPU6050 加速度计)、OLED 显示屏(如 SSD1306)、EEPROM 等,支持多设备共线(通过地址区分)。
PWM:16 个通道的 PWM 控制器,可生成频率和占空比可调的脉冲信号,用于电机调速(如直流电机 PWM 调速)、LED 调光、舵机控制(如 SG90 舵机的角度控制)。
脉冲计数器(PCNT):8 个脉冲计数器单元,可对外部脉冲信号进行计数(如旋转编码器的位置检测),支持上升沿、下降沿触发,计数范围 ±40 亿。