LOLIN (Wemos) D1 mini: распиновка и устройство

Распиновка

Плата нарисована сверху, антенной вверх и разъёмом USB-C вниз, по чертежу и схеме V4.0.0. Слева — разъём J2 (RST у антенны), справа — J3 (TX у антенны). Подписи D0–D8 — это номера ядра Arduino; рядом указаны GPIO ESP8266 и его аппаратные функции.

Контакты и функции

Все выводы работают с логикой 3,3 В — LOLIN отдельно подчёркивает это в документации. Аппаратные интерфейсы ESP8266 — HSPI на D5–D8 (GPIO14, 12, 13, 15) и UART0 на TX и RX; I²C, ШИМ и 1-Wire библиотеки делают программно и могут назначить на любой вывод, кроме D0 (GPIO16). По умолчанию шина Wire — это D2 (SDA, GPIO4) и D1 (SCL, GPIO5): к этим же линиям подключён разъём I²C платы.

Разъём I²C (P1, шаг 1,0 мм) — четыре контакта: GND, SDA (GPIO4), SCL (GPIO5) и 3,3 В. Через него без пайки подключают датчики и дисплеи с таким же разъёмом. Подтягивающие резисторы линий I²C на плате не установлены; номинал считает калькулятор подтяжки I²C.

Выводы, с которыми осторожно

D3, D4, D8 — выводы обвязки загрузки. Как у любой платы на ESP8266, при включении и сбросе GPIO15 (D8) должен быть в низком уровне, GPIO2 (D4) — в высоком, а GPIO0 (D3) выбирает запуск программы (1) или загрузку прошивки (0). На D1 mini GPIO0 и GPIO2 подтянуты к 3,3 В, а GPIO15 — к земле резисторами 12 кОм. К D4 вдобавок подключён синий светодиод: через резистор 2 кОм от 3,3 В, он горит при низком уровне (LED_BUILTIN).

D0 (GPIO16) — вывод домена RTC: без прерываний, ШИМ и I²C, по документации LOLIN это единственный цифровой вывод без этих функций. Он же будит ESP8266 из глубокого сна — для этого D0 соединяют с RST перемычкой JP1 (через резистор 470 Ом) на обратной стороне платы.

TX и RX подключены к мосту CH340C (TX — через резистор 470 Ом): через них загружается прошивка и работает Serial. Загрузчик ESP8266 при включении выводит сообщения на скорости 74 880 бит/с — у D1 mini кварц 26 МГц, а для него даташит ESP8266EX указывает именно эту скорость.

Выводов флеш-памяти (GPIO6–11) на разъёмах D1 mini нет — в отличие от NodeMCU, их нельзя занять по ошибке.

Питание

По схеме V4.0.0 питание устроено просто:

• 5V — это цепь VBUS разъёма USB-C, без диода между ними. Через контакт 5V плату можно питать от внешнего источника 5 В, но при подключённом USB это напряжение попадёт в USB компьютера; если нужны оба источника, внешний подключают через диод Шоттки.
• 3V3 — выход линейного стабилизатора ME6211C33, от которого питаются ESP8266, флеш-память и CH340C. Подавать сюда можно только стабилизированные 3,3 В: допустимое напряжение питания ESP8266EX — 2,5–3,6 В.
• Резисторы 5,1 кОм на линиях CC1 и CC2 разъёма USB-C сообщают источнику, что подключено потребляющее устройство, — поэтому плата питается и от зарядников с USB-C, которые без этих резисторов не включают 5 В.

Как оценить нагрев линейного стабилизатора при большом токе — в статье о линейных стабилизаторах.

Вход A0

Вход АЦП ESP8266 рассчитан на 0–1,0 В. На D1 mini контакт A0 подключён к нему через делитель 220 кОм / 100 кОм, поэтому полная шкала — 3,2 В:

$U_{A0} = \frac{N}{1023} \cdot 3{,}2\ \text{В},$

где N — результат analogRead(A0). Для измерения напряжения аккумулятора 4,2 В или 5 В перед A0 ставят ещё один делитель — его рассчитает калькулятор делителя напряжения. Входное сопротивление цепочки — 320 кОм, поэтому источник с большим внутренним сопротивлением занизит показания.

Ограничения выводов

Уровни логики — как у любого ESP8266 (табл. 5-1 даташита): высокий уровень на входе — не меньше 0,75 · 3,3 = 2,48 В и не больше 3,6 В, низкий — не больше 0,83 В; ток вывода — до 12 мА. Внутренние подтяжки есть только к питанию, у GPIO16 — только к земле. 5-вольтовые сигналы подключают через преобразователь уровней, нагрузку больше 12 мА — через транзисторный ключ.

Загрузка прошивки

Мост CH340C и сдвоенный транзистор UMH3N образуют схему автозагрузки: линии DTR и RTS управляют выводами RST и GPIO0, поэтому Arduino IDE и esptool сами переводят ESP8266 в режим загрузки — кнопок нажимать не нужно. Кнопка RST на плате (с конденсатором 100 нФ) только перезапускает программу. Для CH340C в некоторых системах нужен драйвер производителя микросхемы; LOLIN даёт на него ссылку в своей документации.

Чем D1 mini отличается от NodeMCU: плата короче (34,3 мм против 48,26 мм) и вдвое меньше контактов, на разъёмах нет выводов флеш-памяти и контактов RSV, питание идёт через USB-C без диода, а нумерация D0–D8 и назначение GPIO у них одинаковые. Для проектов, где нужны больше выводов, АЦП с несколькими каналами или Bluetooth, подходит ESP32-DevKitC.