Главная » Wi-Fi

Arduino and wifi esp8266

На чтение 9 мин Просмотров 1 Опубликовано
Содержание
  1. ESP8266. Начало работы, особенности
  2. Купить на Aliexpress
  3. Уроки по работе с esp8266
  4. Характеристики
  5. Начало работы
  6. Настройки платы
  7. Нумерация пинов
  8. Особенности пинов
  9. Особенности работы WiFi
  10. Отличия от AVR Arduino
  11. Деление на 0
  12. min() и max()
  13. map()
  14. Типы данных
  15. Функция analogRead()
  16. Функция analogWrite()
  17. Аппаратные прерывания
  18. Функция yield()
  19. EEPROM
  20. Serial (UART)
  21. Полезные страницы

ESP8266. Начало работы, особенности

В этом уроке поговорим о микроконтроллере ESP8266 и платах на его основе. Как с ними работать и чем они отличаются от Arduino на базе МК AVR. ESP8266 – китайский микроконтроллер за 2 доллара с большим объемом памяти и WiFi связью на борту. Официальная документация:

Купить на Aliexpress

Дёшево купить Wemos Mini можно тут: ссылка, ссылка, ссылка. Рекомендуется брать версию как слева на картинке выше, на базе полного чипа ESP-12.

Уроки по работе с esp8266

Конкретные уроки по работе с платой и WiFi библиотеками публикуются на сайте набора GyverKIT, так как уроки на этом сайте являются общими по программированию Arduino, без углубления в сторонние библиотеки.

Характеристики

  • Напряжение питания: 3.3V (2.5-3.6V)
  • Ток потребления: 300 мА при запуске и передаче данных, 35 мА во время работы, 80 мА в режиме точки доступа
  • Максимальный ток пина – 12 мА.
  • Flash память (память программы): 1 МБ
  • Flash память (файловое хранилище): 1-16 МБ в зависимости от модификации
  • EEPROM память: до 4 кБ
  • SRAM память: 82 кБ
  • Частота ядра: 80/160 МГц
  • GPIO: 11 пинов
  • ШИМ: 10 пинов
  • Прерывания: 10 пинов
  • АЦП: 1 пин
  • I2C: 1 штука (программный, пины можно назначить любые)
  • I2S: 1 штука
  • SPI: 1 штука
  • UART: 1.5 штуки
  • WiFi связь

Начало работы

Для работы с платами на основе esp8266 нужно установить ядро и драйвер.

  • Идём в Файл/Настройки/Дополнительные ссылки для менеджера плат. Вставляем ссылку https://arduino.esp8266.com/stable/package_esp8266com_index.json.
  • Инструменты/Плата/Менеджер плат…, ищем в поиске esp8266 и устанавливаем. В списке плат появится семейство плат на базе esp8266.
  • На большинстве плат стоит USB конвертер CH340, как на всех китайских Ардуинах. Если вы ещё не устанавливали драйвер – читать здесь.

Настройки платы

Для работы с любой платой (даже самодельной) можно выбрать пункт Generic esp8266, будет доступен полный набор настроек. Для работы с Wemos Mini выбираем LOLIN Wemos D1 R2 mini. Настроек станет меньше, а к пинам платы можно будет обращаться в программе по их подписям на плате (Dn). Основные настройки:

  • Upload speed: скорость загрузки прошивки. Можно смело поднимать до 921600.
  • CPU Frequency: частота тактирования процессора. Для большинства задач хватит стандартных 80 МГц. На 160 МГц будет работать шустрее, но могут быть сбои.
  • Flash Size: распределение памяти, настройка имеет вид xMB (FS:xMB OTA:~xKB). Размер памяти под программу не меняется – это всегда 1 МБ.
    • Первое число: полный объём микросхемы памяти (в основном 4MB, на Wemos и NodeMCU стоят такие).
    • Второе число: объём под файловое хранилище.
    • Третье число: объём под OTA (обновление по воздуху) – всегда меньше 1 МБ.
    • Что выбрать? У Wemos самый ходовой – первый вариант: 4MB (FS:2MB OTA:~1019KB).
    • DOUT: медленный, но совместим со всеми модификациями esp8266.
    • QIO: более быстрый, но будет работать не на всех чипах.
    • Only Sketch: стереть только программу.
    • Sketch + WiFi Settings: стереть программу и настройки WiFi (логин-пароль последнего подключения и т.д.).
    • All Flash Contents: полностью очистить память.

    Нумерация пинов

    У самого чипа esp8266 все выводы пронумерованы цифрами. На распиновке они подписаны как GPIOn, где n – номер. На плате (NodeMCU, Wemos Mini) пины подписаны как Dn и эти номера не совпадают с номерами GPIO! При работе например с Wemos можно использовать как нумерацию выводов GPIO ( digitalWrite(5, LOW) ), так и D-нумерацию пинов на плате ( digitalWrite(D1, LOW) ) – если выбрана плата Wemos. Новички очень часто в этом путаются, будьте внимательны. Также GPIO1 и GPIO3 подписаны на плате как TX и RX, по этим названиям к ним тоже можно обращаться ( digitalWrite(TX, LOW) ).

    Особенности пинов

    У esp8266 много системных пинов, с которыми нужно быть очень внимательным.

    • К целому ряду пинов подключена внешняя Flash память, в общем случае их использовать нельзя (если очень нужно – ищите информацию). На плате NodeMCU визуально гораздо больше пинов, чем на Wemos Mini, но по факту “безопасных” для использования пинов там ровно столько же.
    • С оставшимися пинами тоже не всё гладко: некоторые из них требуют наличия определенного логического уровня на момент включения микроконтроллера (подача питания, перезагрузка). Если к этим пинам подключить что-то, дающее противоположный сигнал – esp не запустится. Вот распиновка с нужным уровнем сигнала при запуске:
    • На плате (NodeMCU, Wemos и других) эти пины уже подтянуты резисторами к нужному напряжению, поэтому нужно несколько раз подумать, что вы к ним подключаете и как оно повлияет на напряжение на пине. Например, можно подключить энкодер, он прижмёт системный пин к GND и esp не запустится.
    • На GPIO16/D0 нельзя подключать прерывания ( attachInterrupt() ) и включать ШИМ сигнал ( analogWrite() ).
    • Максимальный ток с GPIO – 12 мА.
    • Светодиод LED_BUILTIN находится на пине GPIO2 и его поведение инвертировано: при подаче LOW он включается и наоборот.
    • При старте контроллера почти все пины делают скачок до высокого уровня, подробнее – в этой статье. Единственными “спокойными” пинами являются D1 (GPIO5) и D2 (GPIO4). Если контроллер управляет напрямую какими-то железками (реле, транзистор, или является “кнопкой” для другого устройства), то лучше использовать именно эти пины!
      • На этих же пинах сидит I2C, но шину можно переназначить на любые другие пины через Wire.begin(sda, scl) .

    Особенности работы WiFi

    WiFi реализован синхронно, его обработчик должен постоянно вызываться во время работы программы не реже, чем каждые 20 мс (если WiFi используется в программе). Обработка WiFi происходит в следующих местах:

    • Автоматически в конце каждой итерации loop()
    • Внутри любого delay()
    • Внутри функции yield()

    Если у вас есть участки программы, которые долго выполняются, то нужно разместить вызовы yield() до и после тяжёлых блоков кода. Также в чужих скетчах можно встретить delay(0) , по сути это и есть yield() .

    По тем же причинам не рекомендуется использовать задержку delayMicroseconds() более чем на 20’000 мкс.

    Отличия от AVR Arduino

    Деление на 0

    В отличие от AVR, деление на 0 приводит к критической ошибке и перезагрузке микроконтроллера. Стараемся этого избегать.

    min() и max()

    В ядре esp8266 функции min() и max() реализованы как функции, а не как макросы, поэтому должны использоваться с данными одного типа. Использование переменных разного типа приведёт к ошибке компиляции.

    map()

    В функции map(val, min, max, to min, to max) нет защиты от деления на 0, поэтому если min равен max – микроконтроллер зависнет и перезагрузится. Если min и max задаются какими-то внешними условиями – проверяйте их равенство вручную и исключайте вызов map() с такими аргументами.

    Типы данных

    • Тип int является синонимом long ( int32_t ) и занимает 4 байта. В AVR int это int16_t , то есть 2 байта.
    • Тип char является синонимом byte – принимает значения 0.. 255 в отличие от -128.. 127 в AVR.
    • Тип double имеет полную двойную точность – 8 байт. В AVR это 4 байта.
    • Указатель занимает 4 байта, так как область памяти тут 32-битная. В AVR – 2 байта.

    Функция analogRead()

    ESP8266 имеет крайне убогий одноканальный АЦП.

    • Сам АЦП в esp8266 может измерять напряжение в диапазоне 0.. 1.0V. На платах (NodeMCU, Wemos Mini) стоит делитель напряжения, который расширяет диапазон до более удобных 3.3V.
    • Разрешение – 10 бит, т. е. значения 0.. 1023 как на Arduino
    • Частый вызов analogRead() замедляет работу WiFi. При вызовах чаще нескольких миллисекунд WiFi полностью перестаёт работать.
    • Результат analogRead() имеет кеширование до 5 мс, то есть полученные данные могут запаздывать на это время.
    • АЦП может использоваться для измерения напряжения питания МК: для этого нужно вызвать ADC_MODE(ADC_VCC); до void setup() , а само напряжение питания можно получить из ESP.getVcc() .

    Функция analogWrite()

    • Работает на всех пинах, кроме GPIO16.
    • Разрядность ШИМ по умолчанию 8 бит (0.. 255) на версиях ядра 3.x. На ранних версиях – 10 бит (0.. 1023). Скажем спасибо индусам за совместимость.
      • Разрядность можно настроить в analogWriteResolution(4. 16 бит) .
      • Частоту можно настроить в analogWriteFreq(100.. 40000 Гц) .

      Аппаратные прерывания

      • Настраиваются точно так же, через attachInterrupt() .
      • Работают на всех пинах, кроме GPIO16.
      • Функция-обработчик должна быть объявлена с атрибутом IRAM_ATTR :

      void setup() < attachInterrupt(1, myIsr, RISING); >IRAM_ATTR void myIsr()
      void ICACHE_RAM_ATTR myIsr() < >void setup()

      Функция yield()

      В реализации esp8266 функция yield() выполняет другую задачу и использовать её как на AVR не получится. Скажем спасибо индусам за совместимость

      EEPROM

      EEPROM в esp8266 является эмуляцией из Flash памяти, поэтому мы можем выбрать нужный размер.

      • Перед началом работы нужно вызвать EEPROM.begin(4.. 4096) с указанием размера области памяти в байтах.
      • Для применения изменений в памяти нужно вызвать EEPROM.commit() .
      • В некоторых версиях SDK отсутствует EEPROM.update() и EEPROM.length() .
      • У Flash памяти небольшой ресурс – всего около 10’000 перезаписей. У фирменной памяти Winbond (можно найти на некоторых моделях ESP-12 и прочих) – около 50’000 перезаписей.

      В остальном работа с библиотекой EEPROM.h ничем не отличается.

      Важно: EEPROM реализован следующим образом: после запуска EEPROM.begin(4.. 4096) содержимое EEPROM указанного размера дублируется в оперативной памяти. После любого изменения и вызова EEPROM.commit() стирается весь блок Flash памяти (4 кБ) и записывается заново. Таким образом ресурс “EEPROM” памяти у ESP вырабатывается довольно быстро и весь сразу, а не по ячейкам.

      Serial (UART)

Оцените статью
© 2023 Posetke
Adblock
detector