探索FRDM - MCXA156開發(fā)板：設(shè)計(jì)與評(píng)估的理想之選

在電子設(shè)計(jì)與開發(fā)領(lǐng)域，擁有一款功能強(qiáng)大且易于使用的評(píng)估平臺(tái)至關(guān)重要。今天，我們將深入探討NXP推出的FRDM - MCXA156開發(fā)板，它為工業(yè)和消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用提供了卓越的設(shè)計(jì)與評(píng)估環(huán)境。

文件下載：NXP Semiconductors FRDM-MCXA156 開發(fā)板.pdf

一、開發(fā)板概述

FRDM - MCXA156開發(fā)板以NXP MCXA156微控制器（MCU）為核心構(gòu)建。這款MCU專為工業(yè)和消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用設(shè)計(jì)，具有低功耗特性。它搭載一個(gè)運(yùn)行速度高達(dá)96 MHz的Arm Cortex - M33內(nèi)核，支持工業(yè)通信協(xié)議、無刷直流（BLDC）電機(jī)/永磁同步電機(jī)（PMSM）控制以及集成傳感器接口（MIPI I3C、IC和SPI）。

該開發(fā)板具有廣泛的兼容性，可與Arduino板（如Arduino UNO R3和Arduino A4/A5）、電機(jī)控制板（FRDM - MC - LVBLDC和FRDM - MC - LVPMSM）、Mikroe click板和Pmod板配合使用。此外，它還能與多種開發(fā)工具協(xié)同工作，包括NXP MCUXpresso IDE、IAR Embedded Workbench和Arm Keil MDK。而且，開發(fā)板采用無鉛工藝，符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。

為了調(diào)試MCXA156 MCU，開發(fā)板配備了基于NXP LPC55S69 MCU的板載（OB）調(diào)試探針MCU - Link OB。在本文中，MCXA156 MCU和LPC55S69 MCU分別簡(jiǎn)稱為“目標(biāo)MCU”和“調(diào)試MCU”。

二、開發(fā)板特性

（一）核心MCU

目標(biāo)MCU為NXP MCXA156，基于Arm Cortex - M33內(nèi)核，最高運(yùn)行速度達(dá)96 MHz。若想了解其詳細(xì)信息，可查閱MCXA156、A155、A154、A146、A145、A144參考手冊(cè)和數(shù)據(jù)手冊(cè)。

（二）接口功能

1. USB接口：USBFS0模塊通過USB 2.0 Type - C連接器J23支持USB全速連接。
2. FlexCAN接口：CAN0模塊通過2x2引腳頭J22提供高速CAN FD收發(fā)器。
3. LPUART接口：LPUART0模塊通過MCU - Link支持USB到UART的橋接連接；LPUART1模塊通過mikroBUS插座連接器J5支持外部UART連接；LPUART2模塊通過Arduino插座連接器J1支持外部UART連接。
4. LPSPI接口：LPSPI0模塊通過mikroBUS插座連接器J6或Pmod連接器J7（未安裝）支持外部SPI連接；LPSPI1模塊通過Arduino插座連接器J2支持外部SPI連接。
5. LPI2C接口：LPI2C0模塊提供與Arduino插座連接器J2的I2C連接；LPI2C2模塊提供與FlexIO LCD連接器J8和相機(jī)連接器J9（未安裝）的I2C連接；LPI2C3模塊提供與mikroBUS插座連接器J5和Pmod連接器J7（未安裝）的I2C連接。
6. I3C接口：I3C0模塊支持?jǐn)?shù)字溫度傳感器（P3T1755DP）。
7. FlexIO接口：FLEXIO0模塊支持FlexIO LCD連接器J8和相機(jī)連接器J9（未安裝）。
8. ADC接口：ADC0模塊通過Arduino插座連接器J2接收ADC輸入；ADC1模塊通過Arduino插座連接器J2、Arduino插座連接器J4和mikroBUS插座連接器J6接收ADC輸入。

（三）其他特性

開發(fā)板還具備Arduino插座（四個(gè)連接器J1、J2、J3和J4）、mikroBUS插座（一對(duì)連接器J5和J6）、Pmod連接器J7（未安裝）以及調(diào)試接口等。同時(shí)，它提供8 MHz時(shí)鐘供MCXA156 MCU使用，16 MHz時(shí)鐘供LPC55S69 MCU使用。

三、硬件組成

（一）套件內(nèi)容

FRDM - MCXA156板硬件套件包含一塊開發(fā)板和一個(gè)溫度傳感器。

（二）開發(fā)板外觀

開發(fā)板提供了頂視圖和底視圖，從頂視圖中可以清晰看到MCXA156 MCU（目標(biāo)MCU）、LPC55S69 MCU（調(diào)試MCU）、溫度傳感器和CAN FD收發(fā)器等關(guān)鍵組件。

（三）連接器

開發(fā)板擁有多種連接器，如Arduino插座連接器（J1、J2、J3、J4）、mikroBUS插座連接器（J5、J6）、Pmod連接器J7（未安裝）、FlexIO平行LCD連接器J8、相機(jī)連接器J9（未安裝）、USB Type - C連接器（J21、J23）、CAN頭J22和外部調(diào)試器連接器J24等。不同的連接器為開發(fā)板提供了豐富的擴(kuò)展和連接選項(xiàng)。

（四）跳線

開發(fā)板上的跳線用于實(shí)現(xiàn)不同的功能和測(cè)量。例如，JP1（未安裝）可用于測(cè)量VDD_BOARD電源的電流；JP2用于測(cè)量目標(biāo)MCU（MCXA156）數(shù)字電源（VDD_MCU）的電流；JP5可強(qiáng)制MCU - Link進(jìn)入ISP模式；JP6可禁用MCU - Link VCOM端口；JP7可禁用MCU - Link SWD功能；JP8可控制MCU - Link SWD時(shí)鐘。

（五）按鈕

開發(fā)板配備三個(gè)按鈕：SW1為復(fù)位按鈕，按下可喚醒MCU；SW2為喚醒按鈕，可通過軟件配置從低功耗模式喚醒MCU；SW3為ISP按鈕，可強(qiáng)制MCU擴(kuò)展引導(dǎo)加載程序進(jìn)入系統(tǒng)編程（ISP）模式。

（六）LED

開發(fā)板上的LED用于監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)。例如，D4為電源LED，指示LDO_3V3電源是否可用；D11為復(fù)位LED，按下復(fù)位按鈕時(shí)點(diǎn)亮；D12為RGB LED，可通過用戶應(yīng)用程序控制。

四、功能描述

（一）電源供應(yīng)

開發(fā)板可通過以下三種方式供電：外部5 V電源通過USB Type - C連接器J23；外部5 V電源通過USB Type - C連接器J21；5 - 9 V電源從Arduino插座連接器J3的引腳16獲取。這些主電源用于產(chǎn)生板上的次級(jí)電源，為各個(gè)組件供電。

（二）時(shí)鐘

開發(fā)板上的晶體Y1為L(zhǎng)PC55S69 MCU提供16 MHz時(shí)鐘，晶體Y2為MCXA156 MCU提供8 MHz時(shí)鐘。此外，MCXA156 MCU還提供時(shí)鐘輸出CLKOUT，可通過填充時(shí)鐘輸出測(cè)試點(diǎn)J10訪問。

（三）接口功能

1. USB接口：MCXA156 MCU的USBFS0模塊支持設(shè)備模式操作，通過USB Type - C連接器J23實(shí)現(xiàn)通信。
2. FlexCAN接口：CAN0模塊通過NXP TJA1057GTK/3Z高速CAN靈活數(shù)據(jù)速率（FD）收發(fā)器與物理雙線CAN總線進(jìn)行通信。
3. LPUART接口：支持與LPUART0、LPUART1和LPUART2模塊的通信，分別通過MCU - Link、mikroBUS插座和Arduino插座實(shí)現(xiàn)。
4. LPSPI接口：LPSPI0和LPSPI1模塊支持控制器和外設(shè)模式，可通過mikroBUS插座、Pmod連接器和Arduino插座與外部設(shè)備通信。
5. LPI2C接口：LPI2C0、LPI2C2和LPI2C3模塊支持I2C通信，可與Arduino板、LCD模塊、相機(jī)模塊和mikroBUS點(diǎn)擊板等設(shè)備連接。
6. I3C接口：I3C0模塊作為I3C控制器，與數(shù)字溫度傳感器U5（NXP P3T1755DP）通信，該傳感器支持過溫檢測(cè)，可在I3C或I2C模式下工作。
7. FlexIO接口：FLEXIO0模塊可模擬多種串行或并行通信協(xié)議，通過FlexIO LCD連接器J8和相機(jī)連接器J9（未安裝）實(shí)現(xiàn)通信。
8. ADC接口：ADC0和ADC1模塊通過Arduino插座和mikroBUS插座接收ADC輸入。

（四）擴(kuò)展接口

1. Arduino插座：允許與MCXA156 MCU的多個(gè)模塊通信，如LPUART2、LPSPI1、LPI2C0、ADC0、ADC1、PWM0和PWM1等，并且與Arduino Uno R3和Arduino A4/A5兼容。
2. mikroBUS插座：通過一對(duì)1x8位置的插座J5和J6，支持與LPUART1、LPSPI0、LPI2C3、ADC1和PWM0模塊的通信，可安裝mikroBUS點(diǎn)擊板擴(kuò)展功能。
3. Pmod連接器：J7（未安裝）可用于與LPSPI0和LPI2C3模塊通信，可連接Pmod擴(kuò)展板。

五、MCU - Link OB調(diào)試探針

（一）概述

FRDM - MCXA156板上的MCU - Link OB是基于NXP LPC55S69 MCU的板載調(diào)試探針，出廠時(shí)已編程基于NXP CMSIS - DAP協(xié)議的固件，也可使用自定義版本的J - Link固件。

（二）支持的功能

1. 串行線調(diào)試（SWD）/串行線調(diào)試跟蹤輸出（SWO）：支持基于SWD的調(diào)試和SWO功能，用于性能分析和低開銷調(diào)試標(biāo)準(zhǔn)I/O通信。
2. 虛擬通信（VCOM）串口：作為USB到UART的橋接，在主機(jī)計(jì)算機(jī)上添加串行COM端口并連接到目標(biāo)MCU。
3. 外部調(diào)試探針支持：可通過禁用SWD功能，使用外部調(diào)試探針調(diào)試目標(biāo)MCU。

（三）調(diào)試場(chǎng)景

1. 使用MCU - Link調(diào)試：確保MCU - Link SWD禁用跳線JP7打開，外部調(diào)試器連接器J24未用于外部連接，MCU - Link VCOM端口禁用跳線JP6打開。
2. 使用外部調(diào)試器調(diào)試：短接JP7，將外部調(diào)試器連接到J24，JP6保持打開。

（四）固件更新

若要使用LinkServer安裝包中的固件更新實(shí)用程序更新MCU - Link固件，需將MCU - Link置于ISP模式。具體步驟包括斷開開發(fā)板與主機(jī)的連接，短接跳線JP5，重新連接開發(fā)板；下載并安裝LinkServer實(shí)用程序；導(dǎo)航到MCU - LINK安裝目錄，按照說明運(yùn)行固件更新實(shí)用程序；最后斷開開發(fā)板，打開跳線JP5，重新連接開發(fā)板。

（五）與開發(fā)工具的配合使用

MCU - Link調(diào)試探針可與多種開發(fā)工具配合使用，如MCUXpresso IDE、MCUXpresso for Visual Studio Code、IAR Embedded Workbench和Arm Keil MDK等。在使用時(shí)，需注意工具與MCU - Link固件的兼容性。

（六）VCOM端口

MCU - Link的VCOM端口作為USB到目標(biāo)UART的橋接，使用時(shí)需確保跳線JP5打開，跳線JP6打開，并將MCU - Link USB連接器J21連接到主機(jī)計(jì)算機(jī)的USB端口。

（七）狀態(tài)LED

開發(fā)板上的三個(gè)LED用于指示MCU - Link的狀態(tài)。D5指示USB通信；D6指示MCU - Link狀態(tài)/SWD活動(dòng)或ISP模式；D7指示VCOM端口是否正在接收/發(fā)送數(shù)據(jù)。

六、總結(jié)

FRDM - MCXA156開發(fā)板憑借其強(qiáng)大的功能、廣泛的兼容性和豐富的擴(kuò)展選項(xiàng)，為工業(yè)和消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的設(shè)計(jì)與評(píng)估提供了一個(gè)理想的平臺(tái)。無論是硬件工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，還是軟件工程師進(jìn)行代碼開發(fā)和調(diào)試，都能從這款開發(fā)板中獲得極大的便利。希望本文能為廣大電子工程師在使用FRDM - MCXA156開發(fā)板時(shí)提供有價(jià)值的參考。你在使用類似開發(fā)板的過程中遇到過哪些有趣的問題或挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享。