探索FRDM - MCXA156开发板：设计与评估的理想之选

在电子设计与开发领域，拥有一款功能强大且易于使用的评估平台至关重要。今天，我们将深入探讨NXP推出的FRDM - MCXA156开发板，它为工业和消费物联网（IoT）应用提供了卓越的设计与评估环境。

文件下载：NXP Semiconductors FRDM-MCXA156 开发板.pdf

一、开发板概述

FRDM - MCXA156开发板以NXP MCXA156微控制器（MCU）为核心构建。这款MCU专为工业和消费物联网应用设计，具有低功耗特性。它搭载一个运行速度高达96 MHz的Arm Cortex - M33内核，支持工业通信协议、无刷直流（BLDC）电机/永磁同步电机（PMSM）控制以及集成传感器接口（MIPI I3C、IC和SPI）。

该开发板具有广泛的兼容性，可与Arduino板（如Arduino UNO R3和Arduino A4/A5）、电机控制板（FRDM - MC - LVBLDC和FRDM - MC - LVPMSM）、Mikroe click板和Pmod板配合使用。此外，它还能与多种开发工具协同工作，包括NXP MCUXpresso IDE、IAR Embedded Workbench和Arm Keil MDK。而且，开发板采用无铅工艺，符合RoHS标准。

为了调试MCXA156 MCU，开发板配备了基于NXP LPC55S69 MCU的板载（OB）调试探针MCU - Link OB。在本文中，MCXA156 MCU和LPC55S69 MCU分别简称为“目标MCU”和“调试MCU”。

二、开发板特性

（一）核心MCU

目标MCU为NXP MCXA156，基于Arm Cortex - M33内核，最高运行速度达96 MHz。若想了解其详细信息，可查阅MCXA156、A155、A154、A146、A145、A144参考手册和数据手册。

（二）接口功能

1. USB接口：USBFS0模块通过USB 2.0 Type - C连接器J23支持USB全速连接。
2. FlexCAN接口：CAN0模块通过2x2引脚头J22提供高速CAN FD收发器。
3. LPUART接口：LPUART0模块通过MCU - Link支持USB到UART的桥接连接；LPUART1模块通过mikroBUS插座连接器J5支持外部UART连接；LPUART2模块通过Arduino插座连接器J1支持外部UART连接。
4. LPSPI接口：LPSPI0模块通过mikroBUS插座连接器J6或Pmod连接器J7（未安装）支持外部SPI连接；LPSPI1模块通过Arduino插座连接器J2支持外部SPI连接。
5. LPI2C接口：LPI2C0模块提供与Arduino插座连接器J2的I2C连接；LPI2C2模块提供与FlexIO LCD连接器J8和相机连接器J9（未安装）的I2C连接；LPI2C3模块提供与mikroBUS插座连接器J5和Pmod连接器J7（未安装）的I2C连接。
6. I3C接口：I3C0模块支持数字温度传感器（P3T1755DP）。
7. FlexIO接口：FLEXIO0模块支持FlexIO LCD连接器J8和相机连接器J9（未安装）。
8. ADC接口：ADC0模块通过Arduino插座连接器J2接收ADC输入；ADC1模块通过Arduino插座连接器J2、Arduino插座连接器J4和mikroBUS插座连接器J6接收ADC输入。

（三）其他特性

开发板还具备Arduino插座（四个连接器J1、J2、J3和J4）、mikroBUS插座（一对连接器J5和J6）、Pmod连接器J7（未安装）以及调试接口等。同时，它提供8 MHz时钟供MCXA156 MCU使用，16 MHz时钟供LPC55S69 MCU使用。

三、硬件组成

（一）套件内容

FRDM - MCXA156板硬件套件包含一块开发板和一个温度传感器。

（二）开发板外观

开发板提供了顶视图和底视图，从顶视图中可以清晰看到MCXA156 MCU（目标MCU）、LPC55S69 MCU（调试MCU）、温度传感器和CAN FD收发器等关键组件。

（三）连接器

开发板拥有多种连接器，如Arduino插座连接器（J1、J2、J3、J4）、mikroBUS插座连接器（J5、J6）、Pmod连接器J7（未安装）、FlexIO平行LCD连接器J8、相机连接器J9（未安装）、USB Type - C连接器（J21、J23）、CAN头J22和外部调试器连接器J24等。不同的连接器为开发板提供了丰富的扩展和连接选项。

（四）跳线

开发板上的跳线用于实现不同的功能和测量。例如，JP1（未安装）可用于测量VDD_BOARD电源的电流；JP2用于测量目标MCU（MCXA156）数字电源（VDD_MCU）的电流；JP5可强制MCU - Link进入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时钟。

（五）按钮

开发板配备三个按钮：SW1为复位按钮，按下可唤醒MCU；SW2为唤醒按钮，可通过软件配置从低功耗模式唤醒MCU；SW3为ISP按钮，可强制MCU扩展引导加载程序进入系统编程（ISP）模式。

（六）LED

开发板上的LED用于监控系统状态。例如，D4为电源LED，指示LDO_3V3电源是否可用；D11为复位LED，按下复位按钮时点亮；D12为RGB LED，可通过用户应用程序控制。

四、功能描述

（一）电源供应

开发板可通过以下三种方式供电：外部5 V电源通过USB Type - C连接器J23；外部5 V电源通过USB Type - C连接器J21；5 - 9 V电源从Arduino插座连接器J3的引脚16获取。这些主电源用于产生板上的次级电源，为各个组件供电。

（二）时钟

开发板上的晶体Y1为LPC55S69 MCU提供16 MHz时钟，晶体Y2为MCXA156 MCU提供8 MHz时钟。此外，MCXA156 MCU还提供时钟输出CLKOUT，可通过填充时钟输出测试点J10访问。

（三）接口功能

1. USB接口：MCXA156 MCU的USBFS0模块支持设备模式操作，通过USB Type - C连接器J23实现通信。
2. FlexCAN接口：CAN0模块通过NXP TJA1057GTK/3Z高速CAN灵活数据速率（FD）收发器与物理双线CAN总线进行通信。
3. LPUART接口：支持与LPUART0、LPUART1和LPUART2模块的通信，分别通过MCU - Link、mikroBUS插座和Arduino插座实现。
4. LPSPI接口：LPSPI0和LPSPI1模块支持控制器和外设模式，可通过mikroBUS插座、Pmod连接器和Arduino插座与外部设备通信。
5. LPI2C接口：LPI2C0、LPI2C2和LPI2C3模块支持I2C通信，可与Arduino板、LCD模块、相机模块和mikroBUS点击板等设备连接。
6. I3C接口：I3C0模块作为I3C控制器，与数字温度传感器U5（NXP P3T1755DP）通信，该传感器支持过温检测，可在I3C或I2C模式下工作。
7. FlexIO接口：FLEXIO0模块可模拟多种串行或并行通信协议，通过FlexIO LCD连接器J8和相机连接器J9（未安装）实现通信。
8. ADC接口：ADC0和ADC1模块通过Arduino插座和mikroBUS插座接收ADC输入。

（四）扩展接口

1. Arduino插座：允许与MCXA156 MCU的多个模块通信，如LPUART2、LPSPI1、LPI2C0、ADC0、ADC1、PWM0和PWM1等，并且与Arduino Uno R3和Arduino A4/A5兼容。
2. mikroBUS插座：通过一对1x8位置的插座J5和J6，支持与LPUART1、LPSPI0、LPI2C3、ADC1和PWM0模块的通信，可安装mikroBUS点击板扩展功能。
3. Pmod连接器：J7（未安装）可用于与LPSPI0和LPI2C3模块通信，可连接Pmod扩展板。

五、MCU - Link OB调试探针

（一）概述

FRDM - MCXA156板上的MCU - Link OB是基于NXP LPC55S69 MCU的板载调试探针，出厂时已编程基于NXP CMSIS - DAP协议的固件，也可使用自定义版本的J - Link固件。

（二）支持的功能

1. 串行线调试（SWD）/串行线调试跟踪输出（SWO）：支持基于SWD的调试和SWO功能，用于性能分析和低开销调试标准I/O通信。
2. 虚拟通信（VCOM）串口：作为USB到UART的桥接，在主机计算机上添加串行COM端口并连接到目标MCU。
3. 外部调试探针支持：可通过禁用SWD功能，使用外部调试探针调试目标MCU。

（三）调试场景

1. 使用MCU - Link调试：确保MCU - Link SWD禁用跳线JP7打开，外部调试器连接器J24未用于外部连接，MCU - Link VCOM端口禁用跳线JP6打开。
2. 使用外部调试器调试：短接JP7，将外部调试器连接到J24，JP6保持打开。

（四）固件更新

若要使用LinkServer安装包中的固件更新实用程序更新MCU - Link固件，需将MCU - Link置于ISP模式。具体步骤包括断开开发板与主机的连接，短接跳线JP5，重新连接开发板；下载并安装LinkServer实用程序；导航到MCU - LINK安装目录，按照说明运行固件更新实用程序；最后断开开发板，打开跳线JP5，重新连接开发板。

（五）与开发工具的配合使用

MCU - Link调试探针可与多种开发工具配合使用，如MCUXpresso IDE、MCUXpresso for Visual Studio Code、IAR Embedded Workbench和Arm Keil MDK等。在使用时，需注意工具与MCU - Link固件的兼容性。

（六）VCOM端口

MCU - Link的VCOM端口作为USB到目标UART的桥接，使用时需确保跳线JP5打开，跳线JP6打开，并将MCU - Link USB连接器J21连接到主机计算机的USB端口。

（七）状态LED

开发板上的三个LED用于指示MCU - Link的状态。D5指示USB通信；D6指示MCU - Link状态/SWD活动或ISP模式；D7指示VCOM端口是否正在接收/发送数据。

六、总结

FRDM - MCXA156开发板凭借其强大的功能、广泛的兼容性和丰富的扩展选项，为工业和消费物联网应用的设计与评估提供了一个理想的平台。无论是硬件工程师进行电路设计，还是软件工程师进行代码开发和调试，都能从这款开发板中获得极大的便利。希望本文能为广大电子工程师在使用FRDM - MCXA156开发板时提供有价值的参考。你在使用类似开发板的过程中遇到过哪些有趣的问题或挑战呢？欢迎在评论区分享。