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目录 ESP32-C3 系列芯片是极低功耗、高集成度的 MCU 系统级芯片 (SoC)，集成 2.4 GHz Wi-Fi 和低功耗蓝牙 (Bluetooth® LE) 双模无线通信。芯片的功能框图如下图所示。
本文凌顺实验室只是简单截取文档内容，并加上一些总结，具体详细资料还请查看最后参考资料的技术文档。 产品特性 Wi-Fi支持 IEEE 802.11 b/g/n 协议 在2.4GHz频带支持20MHz和40MHz频宽 支持 1T1R 模式，数据速率高达 150 Mbps 无线多媒体 (WMM) 帧聚合 (TX/RX A-MPDU, TX/RX A-MSDU) 立即块确认 (Immediate Block ACK) 分片和重组 (Fragmentation and defragmentation) 传输机会 (Transmit opportunity, TXOP) Beacon 自动监测(硬件 TSF) 4×虚拟Wi-Fi接口 同时支持基础结构型网络 (Infrastructure BSS) Station 模式、SoftAP 模式、Station + SoftAP 模 式和混杂模式 请注意 ESP32-C3 系列芯片在 Station 模式下扫 描时，SoftAP 信道会同时改变 天线分集 802.11 mc FTM 蓝牙低功耗蓝牙 (Bluetooth LE):Bluetooth 5、 Bluetooth mesh 高功率模式(21 dBm) 速率支持 125 Kbps、500 Kbps、1 Mbps、2Mbps 广播扩展 (Advertising Extensions) 多广播 (Multiple Advertisement Sets) 信道选择 (Channel Selection Algorithm #2) Wi-Fi 与蓝牙共存，共用同一个天线 CPU 和存储32 位 RISC-V 单核处理器，主频高达 160 MHz CoreMark® 分数: – 单核 160 MHz:407.22 CoreMark;2.55 CoreMark/MHz 384 KB ROM 400 KB SRAM(其中 16 KB 专用于 cache) 8 KB RTC SRAM 嵌入式 flash(不同型号有差异，详见产品型号对比) SPI、Dual SPI、Quad SPI、QPI 接口外接多个 flash 通过 cache 加速 flash 访问 支持 flash 在线编程 (ICP) 高级外设接口和传感器 22 或 16 个 GPIO 口 数字接口:3×SPI 2×UART 1 × I2C 1 × I2S 红外收发器，2 个发送通道和 2 个接收通 道 LED PWM 控制器，多达 6 个通道 全速 USB 串口/JTAG 控制器 通用 DMA 控制器 (简称 GDMA)，3 个接收 通道和 3 个发送通道 1 × TWAI® 控制器，兼容 ISO11898-1 (CAN 规范 2.0) 模拟接口: 2×12位SAR模/数转换器，多达6个通道 安全机制 1 × 温度传感器 定时器: 2 × 54 位通用定时器 3 × 数字看门狗定时器 1 × 模拟看门狗定时器 1 × 52 位系统定时器 低功耗管理 电源管理单元，四种功耗模式 安全机制 安全启动 Flash 加密 4096 位 OTP，可用的高达 1792 位 加密硬件加速器:AES-128/256 (FIPS PUB 197) 访问权限管理 SHA 加速器 (FIPS PUB 180-4) RSA 加速器 随机数生成器 (RNG) 不建议使用的管脚
基础图片引用来源此处：https://www.studiopieters.nl/esp32-c3-pinout/ 添加了不建议使用引脚的高亮标识 内置的flash端口• SPIHD = GPIO12 • SPIWP = GPIO13 • SPICS0 = GPIO14 • SPICLK = GPIO15 • SPID = GPIO16 • SPIQ = GPIO17 Strapping 启动端口ESP32-C3 系列芯片芯片共有三个 Strapping 管脚。 • GPIO2 • GPIO8 • GPIO9 ESP32-C3 周边设备 通用输入/输出接口 (GPIO) x22 / x16ESP32-C3 系列芯片有 22 或 16 个 GPIO 管脚，通过配置对应的寄存器，可以为这些管脚分配不同的功能。除 作为数字信号管脚外，部分 GPIO 管脚也可配置为模拟功能管脚，比如 ADC 等管脚。 所有 GPIO 都可选择内部上拉/下拉，或设置为高阻。GPIO 配置为输入管脚时，可通过读取寄存器获取其输入 值。输入管脚也可经设置产生边缘触发或电平触发的 CPU 中断。数字 IO 管脚都是双向、非反相和三态的，包 括带有三态控制的输入和输出缓冲器。这些管脚可以复用作其他功能，例如 UART、SPI 等。当芯片低功耗运行 时，GPIO 可设定为保持状态。 IO MUX 和 GPIO 交换矩阵用于将信号从外设传输至 GPIO 管脚。两者共同组成了芯片的 IO 控制。利用 GPIO 交换矩阵，可配置外设模块的输入信号来源于任何的 IO 管脚，并且外设模块的输出信号也可连接到任意 IO 管 脚。表 6 列出了所有 GPIO 管脚的 IO MUX 功能。 名称 序号 功能 0 功能 1 功能 2 复位 说明 XTAL_32K_P 4 GPIO0 GPIO0 — 0 R XTAL_32K_N 5 GPIO1 GPIO1 — 0 R GPIO2 6 GPIO2 GPIO2 FSPIQ 1 R GPIO3 8 GPIO3 GPIO3 — 1 R MTMS 9 MTMS GPIO4 FSPIHD 1 R MTDI 10 MTDI GPIO5 FSPIWP 1 R MTCK 12 MTCK GPIO6 FSPICLK 1* G MTDO 13 MTDO GPIO7 FSPID 1 G GPIO8 14 GPIO8 GPIO8 — 1 — GPIO9 15 GPIO9 GPIO9 — 3 — GPIO10 16 GPIO10 GPIO10 FSPICS0 1 G VDD_SPI 1 18 GPIO11 GPIO11 — 0 — SPIHD 19 SPIHD GPIO12 — 3 — SPIWP 20 SPIWP GPIO13 — 3 — SPICS0 21 SPICS0 GPIO14 — 3 — SPICLK 22 SPICLK GPIO15 — 3 — SPID 23 SPID GPIO16 — 3 — SPIQ 24 SPIQ GPIO17 — 3 — GPIO18 25 GPIO18 GPIO18 — 0 USB、G GPIO19 26 GPIO19 GPIO19 — 0* USB U0RXD 27 U0RXD GPIO20 — 3 G U0TXD 28 U0TXD GPIO21 — 4 — 复位每个管脚复位后的默认配置： 0 - 输入关闭，高阻(IE = 0) 1 - 输入使能，高阻(IE = 1) 2 - 输入使能，下拉电阻使能(IE = 1，WPD = 1) 3 - 输入使能，上拉电阻使能(IE = 1，WPU = 1) 4 - 输出使能，上拉电阻使能(OE = 1, WPU = 1) 0* - 输入关闭，上拉电阻使能(IE = 0，WPU = 0，USB_WPU = 1) 1* - eFuse 的 EFUSE_DIS_PAD_JTAG 位为0 时(初始默认值)，管脚复位后输入使能，上拉电阻使能(IE = 1，WPU = 1) 1 时，管脚复位后输入使能，高阻(IE = 1)建议对处于高阻态的管脚配置上拉或下拉，以避免不必要的耗电。您可参考表 14 对上下拉电阻的描述在 PCB 设计中实现上下拉，或在软件初始化时开启管脚自带的上下拉。 说明R - 管脚具有模拟功能。 USB - GPIO18、GPIO19 为 USB 管脚，USB 管脚的上拉电阻由管脚上拉和 USB 上拉共同控制，当其中 任意一个为 1 时，对应管脚上拉电阻使能。USB 上拉由 USB_SERIAL_JTAG_DP_PULLUP 位控制。 G - 管脚在芯片上电过程中有毛刺，具体见表 7。 串行外设接口 (SPI)ESP32-C3 系列芯片共有三个 SPI(SPI0、SPI1 和 SPI2)。SPI0 和 SPI1 可配置成 SPI 存储器模式，SPI2 可配 成通用 SPI 模式。 通用异步收发器 (UART)ESP32-C3 系列芯片有两个 UART 接口，即 UART0 和 UART1，支持异步通信(RS232 和 RS485)和 IrDA，通 信速率可达到 5 Mbps。UART 支持 CTS 和 RTS 信号的硬件流控以及软件流控(XON 和 XOFF)。两个 UART 接 口通过共用的 UHCI0 接口与 GDMA 相连，均可被 GDMA 访问或者 CPU 直接访问。 I2C 接口ESP32-C3 系列芯片有一个 I2C 总线接口，根据您的配置，总线接口可以用作 I2C 主机或从机模式。I2C 接口支 持: 标准模式 (100 Kbit/s) 快速模式 (400 Kbit/s) 速度最高可达 800 Kbit/s，但受制于 SCL 和 SDA 上拉强度 7 位寻址模式和 10 位寻址模式 双寻址模式 7 位广播地址 您可以配置指令寄存器来控制 I2C 接口，从而实现更多灵活的应用。 I2S 接口ESP32-C3 系列芯片有一个标准 I2S 接口，可以以主机或从机模式，在全双工或半双工模式下工作，并且可被配 置为 I2S 串行 8 位、16 位、24 位、32 位的收发数据模式，支持频率从 10 kHz 到 40 MHz 的 BCK 时钟。 I2S 接口连接 GDMA 控制器。支持 TDM PCM、TDM MSB 对齐、TDM 标准和 PDM 标准。 红外遥控器 (RMT)红外遥控器 (RMT) 支持双通道的红外发射和双通道的红外接收。通过程序控制脉冲波形，遥控器可以支持多种 红外协议和单线协议。四个通道共用一个 192 × 32 位的存储模块来存放收发的波形。 LED PWM 控制器LED PWM 控制器可以用于生成六路独立的数字波形，具有如下特性: 波形的周期和占空比可配置，占空比精确度可达 18 位 多种时钟源选择，包括 APB 总线时钟、外置主晶振时钟 可在 Light-sleep 模式下工作 支持硬件自动步进式地增加或减少占空比，可用于 LED RGB 彩色梯度发生器 通用 DMA 控制器ESP32-C3 系列芯片包含一个六通道的通用 DMA 控制器(简称 GDMA)，包括三个发送通道和三个接收通道， 每个通道之间相互独立。这六个通道被具有 DMA 功能的外设所共享，通道之间支持可配置固定优先级。 通用 DMA 控制器基于链表来实现对数据收发的控制，并支持外设与存储器之间及存储器与存储器之间的高速数据传输。每个通道支持访问片内 RAM。 ESP32-C3 系列芯片中有六个外设具有 DMA 功能，这六个外设是 SPI2、UHCI0、I2S、AES、SHA 和 ADC。 更多信息请参考 《ESP32-C3 技术参考手册》中的 通用 DMA 控制器 (GDMA) 章节。 USB 串口/JTAG 控制器ESP32-C3 集成一个 USB 串口/JTAG 控制器，具有以下特性: 包含 CDC-ACM 虚拟串口及 JTAG 适配器功能 兼容 USB 2.0 全速标准，传输速度最高可达 12 Mbit/s(注意，该控制器不支持 480 Mbit/s 的高速传输模 式) 可编程嵌入式/外部 flash 利用紧凑的 JTAG 指令，支持 CPU 调试 芯片内部集成的全速 USB PHY USB 串口/JTAG 可用 GPIO 管脚，详见表 10。 更多信息请参考 《ESP32-C3 技术参考手册》中的 USB 串口/JTAG 控制器 (USB_SERIAL_JTAG) 章节。 TWAI® 控制器ESP32-C3 系列芯片带有一个 TWAI® 控制器，具有如下特性: 兼容 ISO 11898-1 协议(CAN 规范 2.0) 支持标准帧格式(11 位 ID)和扩展帧格式(29 位 ID) 比特率从 1 Kbit/s 到 1 Mbit/s 多种操作模式:工作模式、只听模式和自检模式(传输无需确认) 64 字节接收 FIFO 数据接收过滤器(支持单过滤器和双过滤器模式) 错误检测与处理:错误计数器、可配置的错误中断阈值、错误代码记录和仲裁丢失记录 射频和 Wi-FiESP32-C3 系列芯片射频包含以下主要模块: 2.4 GHz 接收器2.4 GHz 接收器将 2.4 GHz 射频信号解调为正交基带信号，并用两个高精度、高速的 ADC 将后者转为数字信 号。为了适应不同的信道情况，ESP32-C3 系列芯片集成了 RF 滤波器、自动增益控制 (AGC)、DC 偏移补偿电 路和基带滤波器。 2.4 GHz 发射器2.4 GHz 发射器将正交基带信号调制为 2.4 GHz 射频信号，使用大功率互补金属氧化物半导体 (CMOS) 功率放 大器驱动天线。数字校准进一步改善了功率放大器的线性。 为了抵消射频接收器的瑕疵，ESP32-C3 系列芯片还另增了校准措施，例如: 载波泄露消除 I/Q 相位匹配 基带非线性抑制 射频非线性抑制 天线匹配这些内置校准措施缩短了产品的测试时间，并且不再需要测试设备。 时钟生成器时钟生成器为接收器和发射器生成 2.4 GHz 正交时钟信号，所有部件均集成于芯片上，包括电感、变容二极管、 环路滤波器、线性稳压器和分频器。 时钟生成器带有内置校准电路和自测电路。运用自主知识产权的优化算法，对正交时钟的相位和相位噪声进行 优化处理，使接收器和发射器都有最好的性能表现。 Wi-Fi 射频和基带ESP32-C3 系列芯片 Wi-Fi 射频和基带支持以下特性: 802.11b/g/n 802.11n MCS0-7 支持 20 MHz 和 40 MHz 带宽 802.11n MCS32 802.11n 0.4 μs 保护间隔 数据率高达 150 Mbps 接收 STBC(单空间流) 可调节的发射功率 天线分集 ESP32-C3 系列芯片支持基于外部射频开关的天线分集与选择。外部射频开关由一个或多个 GPIO 管脚控 制，用来选择最合适的天线以减少信道衰落的影响。 Wi-Fi MACESP32-C3 系列芯片完全遵循 802.11 b/g/n Wi-Fi MAC 协议栈，支持分布式控制功能 (DCF) 下的基本服务集 (BSS) STA 和 SoftAP 操作。支持通过最小化主机交互来优化有效工作时长，以实现功耗管理。 ESP32-C3 系列芯片 Wi-Fi MAC 自行支持的底层协议功能如下: 4×虚拟Wi-Fi接口 同时支持基础结构型网络 (Infrastructure BSS) Station 模式、SoftAP 模式、Station + SoftAP 模式和混杂模式 RTS 保护，CTS 保护，立即块确认 (Immediate Block ACK) 分片和重组 (Fragmentation and defragmentation) TX/RX A-MPDU，TX/RX A-MSDU 传输机会 (TXOP) 无线多媒体 (WMM) GCMP、CCMP、TKIP、WAPI、WEP、BIP、WPA2 个人模式或 WPA2 企业模式 (WPA2-PSK/WPA2-Enterprise) 及 WPA3 个人模式或 WPA3 企业模式 (WPA3-PSK/WPA3-Enterprise) 自动 Beacon 监测(硬件 TSF) 802.11mc FTM 联网特性ESP32-C3 系列芯片包含了一个低功耗蓝牙 (Bluetooth Low Energy) 子系统，集成了硬件链路层控制器、射 频/调制解调器模块和功能齐全的软件协议栈。低功耗蓝牙子系统支持 Bluetooth 5 和 Bluetooth mesh。 低功耗蓝牙 低功耗蓝牙射频和物理层ESP32-C3 系列芯片低功耗蓝牙射频和物理层支持以下特性: 1 Mbps PHY 2 Mbps PHY，用于提升传输速率 Coded PHY (125 Kbps and 500 Kbps)，用于提升传输距离 硬件实现 Listen Before Talk (LBT) 低功耗蓝牙链路层控制器ESP32-C3 系列芯片低功耗蓝牙链路控制器支持以下特性: 广播扩展 (Advertising Extensions)，用于增强广播能力，可以广播更多的智能数据 • 多广播 支持同时广播和扫描 多连接，支持中心设备 (Central) 和外围设备 (Peripheral) 同时运行 自适应跳频和信道选择 信道选择算法 #2 (Channel Selection Algorithm #2) 连接参数更新 高速不可连接广播 (High Duty Cycle Non-Connectable Advertising) LE Privacy 1.2 数据包长度扩展 (LE Data Packet Length Extension) 链路层扩展扫描过滤策略 (Link Layer Extended Scanner Filter policies) 低速可连接定向广播 (Low duty cycle directed advertising) 链路层加密 LE Ping 低功耗管理ESP32-C3 系列芯片采用了先进的电源管理技术，可以在不同的功耗模式之间切换。ESP32-C3 系列芯片支持 的功耗模式有: Active 模式:CPU 和芯片射频处于工作状态。芯片可以接收、发射和侦听信号。 Modem-sleep 模式:CPU 可运行，时钟频率可配置。Wi-Fi 及 Bluetooth LE 的基带和射频关闭，但 Wi-Fi 或 Bluetooth LE 可保持连接。 Light-sleep 模式:CPU 暂停运行。任何唤醒事件(MAC、主机、RTC 定时器或外部中断)都会唤醒芯片。 Wi-Fi 或 Bluetooth LE 可保持连接。 Deep-sleep 模式:CPU 和大部分外设都会掉电，只有 RTC 存储器处于工作状态。Wi-Fi 连接数据存储在 RTC 中。RTC 时钟定时器或 RTC GPIO 可以将芯片从 Deep-sleep 模式中唤醒。 设备在不同的功耗模式下有不同的电流消耗 定时器 通用定时器ESP32-C3 系列芯片内置两个 54 位通用定时器，具有 16 位分频器和 54 位可自动重载的向上/向下计时 器。 定时器具有如下功能: 16 位时钟预分频器，分频系数为 1-65536 54 位时基计数器可配置成递增或递减 可读取时基计数器的实时值 暂停和恢复时基计数器 可配置的报警产生机制 电平触发中断 系统定时器ESP32-C3 系列芯片内置 52 位系统定时器，该系统定时器包含两个 52 位的时钟计数器和三个报警比较器，具 有以下功能: 时钟计数器的频率固定为 16 MHz 三个报警比较器根据不同的报警值可产生三个独立的中断 两种报警模式:单次特定报警值报警和周期性报警 支持设置 52 位的单次特定报警值和 26 位的周期性报警值 计数器值重新加载 支持当 CPU 暂停或处于 OCD 模式时，时钟计数器也暂停 看门狗定时器 数字看门狗定时器ESP32-C3 系列芯片中有三个数字看门狗定时器:两个定时器组中各一个(称作主系统看门狗定时器，缩写为 MWDT)，RTC 模块中一个(称作 RTC 看门狗定时器，缩写为 RWDT)。 在引导加载 flash 固件期间，RWDT 和定时器组 0 中的 MWDT 会自动使能，以检测引导过程中发生的错误，并 恢复运行。 数字看门狗定时器具有如下特性: 四个阶段，每个阶段都可配置超时时间。每阶段都可单独配置、使能和关闭。 如在某个阶段发生超时，MWDT 会采取中断、CPU 复位和内核复位三种超时动作中的一种，RWDT 会采 取中断、CPU 复位、内核复位和系统复位四种超时动作中的一种。 保护 32 位超时计数器 防止 RWDT 和 MWDT 的配置被误改。 flash 启动保护 如果在预定时间内 SPI flash 的引导过程没有完成，看门狗会重启整个主系统。 模拟看门狗定时器ESP32-C3 系列芯片中还有一个模拟看门狗定时器:RTC 超级看门狗定时器 (SWD)。超级看门狗是模拟域的超 低功耗电路，可以防止系统在数字电路异常状态下运行，并在必要时复位系统。 SWD 具有如下特性: 超低功耗 用中断提醒 SWD 即将超时 软件有多种专用的方法喂 SWD，让 SWD 监控整个操作系统的工作状态 加密硬件加速器ESP32-C3 系列芯片配备硬件加速器，支持一些通用加密算法，比如 AES-128/AES-256 (FIPS PUB 197)、 ECB/CBC/OFB/CFB/CTR (NIST SP 800-38A)、SHA1/SHA224/SHA256 (FIPS PUB 180-4) 和 RSA3072 等，还 支持大数乘法、大数模乘等独立运算，其中 RSA 和大数模乘运算最大长度可达 3072 位，大数乘法的因子最大 长度可达 1536 位。 物理安全特性外部 flash 通过 AES-XTS 算法进行加密，加密算法使用的密钥无法被软件读写，因此您的应用程序代码与 数据不会被非法获取。 安全启动功能确保只启动已签名(具有 RSA-PSS 签名)的固件，此功能的可信度是根植于硬件逻辑。 HMAC 模块可以使用软件无法访问的安全密钥来生成用于身份验证或其他用途的 MAC 签名。 数字签名模块可以使用软件无法访问的 RSA 密钥生成用于身份验证的 RSA 签名。 世界控制器模块提供两个软件运行环境，可将所有硬件和软件资源划分成两种，分别放置到安全区域及普 通区域，保证普通区域硬件无法访问安全区域，从而在这两个区域之间构建安全边界。 ESP32C3 外设和传感器管脚分配总结表 接口 信号 管脚 功能 ADC ADC1_CH0 XTAL_32K_P 两个 12 位 SAR ADC ADC1_CH1 XTAL_32K_N ADC1_CH2 GPIO2 ADC1_CH3 GPIO3 ADC1_CH4 MTMS ADC2_CH0 MTDI JTAG MTDI MTDI 软件调试 JTAG MTCK MTCK MTMS MTMS MTDO MTDO UART U0RXD_in 任意 GPIO 管脚 两个 UART 通道，支持硬件流控制和 GDMA U0CTS_in U0DSR_in U0TXD_out U0RTS_out U0DTR_out U1RXD_in U1CTS_in U1DSR_in U1TXD_out U1RTS_out U1DTR_out I2C I2CEXT0_SCL_in 任意 GPIO 管脚 一个 I2C 通道，支持主机或从机模式 I2CEXT0_SDA_in I2CEXT1_SCL_in I2CEXT1_SDA_in I2CEXT0_SCL_out I2CEXT0_SDA_out I2CEXT1_SCL_out I2CEXT1_SDA_out LED PWM ledc_ls_sig_out0~5 任意 GPIO 管脚 六路独立 PWM 通道 I2S I2SO_BCK_in 任意 GPIO 管脚 用于串行立体声数据的输入输出 I2S_MCLK_in I2SO_WS_in I2SI_SD_in I2SI_BCK_in I2SI_WS_in I2SO_BCK_out I2S_MCLK_out I2SO_WS_out I2SO_SD_out I2SI_BCK_out I2SI_WS_out I2SO_SD1_out 红外遥控器 RMT_SIG_IN0~1 任意 GPIO 管脚 两路 IR 收发器，支持不同波形标准 RMT_SIG_OUT0~1 SPI0/1 SPICLK_out_mux SPICLK 支持 SPI、Dual SPI、Quad SPI、和 QPI， SPICS0_out SPICS0 可以连接片外 flash SPICS1_out 任意 GPIO 管脚 SPID_in/_out SPID SPIQ_in/_out SPIQ SPIWP_in/_out SPIWP SPIHD_in/_out SPIHD SPI2 FSPICLK_in/_out_mux 任意 GPIO 管脚 支持以下功能： FSPICS0_in/_out •SPI、Dual SPI、Quad SPI 和 QPI 的主从机 模式 FSPICS1~5_out •可以连接片外 flash、RAM 和其他 SPI 设备 FSPID_in/_out •SPI 传输的四种时钟模式 FSPIQ_in/_out •可配置的 SPI 频率 FSPIWP_in/_out •64 字节缓存或 GDMA 数据缓存 FSPIHD_in/_out USB 串口/JTAG USB_D+ GPIO19 USB 转串口功能，USB 转 JTAG 功能 USB_D- GPIO18 TWAI twai_rx 任意 GPIO 管脚 兼容 ISO 11898-1 协议 twai_tx twai_bus_off_on twai_clkout 参考：ESP32C3 技术规格书： https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32-c3_datasheet_cn.pdf ESP32-C3 技术参考手册： https://www.espressif.com/sites/default/files/documentation/esp32-c3_technical_reference_manual_cn.pdf |
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