探索FRDM-MCXW23開發(fā)板：低功耗藍(lán)牙應(yīng)用的理想之選
探索FRDM-MCXW23開發(fā)板：低功耗藍(lán)牙應(yīng)用的理想之選
作為電子工程師，我們總是在尋找功能強(qiáng)大、性能卓越且易于使用的開發(fā)板，以實(shí)現(xiàn)各種創(chuàng)新的設(shè)計(jì)。今天，就讓我們一起深入了解NXP的FRDM-MCXW23開發(fā)板，探索它的獨(dú)特魅力和應(yīng)用潛力。
文件下載：NXP Semiconductors FRDM-MCXW23 開發(fā)板.pdf
一、開發(fā)板概述
FRDM-MCXW23開發(fā)板是一款基于NXP MCX W23藍(lán)牙低能耗微控制器（MCU）的設(shè)計(jì)和評估平臺。其核心的MCX W23具有諸多亮點(diǎn)，它采用32 MHz Arm Cortex - M33內(nèi)核，并集成了藍(lán)牙低能耗功能。由于擁有超低功耗無線電和閃存，使設(shè)備的電池續(xù)航能力得到顯著提升。同時(shí)，該開發(fā)板在小尺寸解決方案區(qū)域內(nèi)提供了高性價(jià)比的方案，非常適合用于穿戴式傳感器和執(zhí)行器等應(yīng)用。
這款開發(fā)板的兼容性也十分出色，它與Arduino UNO R3和Mikroe click板兼容，并且可以與多種開發(fā)工具配合使用，如NXP MCUXpresso IDE、IAR Embedded Workbench和Arm Keil MDK等。而且，它還是無鉛且符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)的環(huán)保產(chǎn)品。在調(diào)試方面，開發(fā)板使用了基于NXP LPC55S69的板載（OB）調(diào)試探針MCU-Link OB，為開發(fā)過程提供了便利。
1.1無線電設(shè)備指令合規(guī)性
該開發(fā)板符合Radio Equipment Directive 2014/53/EU的要求。其運(yùn)行頻率范圍為2.400 GHz至2.480 GHz，最大射頻發(fā)射功率為+6 dBm。同時(shí)，它也有相應(yīng)的歐洲合格聲明，確保了產(chǎn)品在歐洲市場的合規(guī)性。
1.2 開發(fā)板框圖
通過開發(fā)板的框圖，我們可以清晰地看到各個(gè)組件之間的連接和交互關(guān)系，這有助于我們更好地理解開發(fā)板的工作原理和架構(gòu)。
1.3 開發(fā)板特性
| Board feature | Target MCU features used | Description |
|---|---|---|
| MCU (target MCU) | NXP MCXW23IHNAR wireless MCU based on an Arm Cortex- M33 core, running at speeds of up to 33 MHz. | 基于Arm Cortex - M33內(nèi)核的無線MCU，最高運(yùn)行速度達(dá)33 MHz。 |
| UART interface | UART0 module, UART2 module | 支持通過Arduino、mikroBUS插座連接器進(jìn)行外部UART連接，以及使用MCU - Link實(shí)現(xiàn)USB到UART的橋接連接。 |
| SPI interface | SPI module | 支持通過Arduino、mikroBUS插座連接器和Pmod連接器進(jìn)行外部SPI連接，還可與板載QSPI閃存進(jìn)行SPI連接。 |
| I2C interface | I2C module | 為加速度計(jì)、溫度傳感器等提供I2C總線，可通過MCU - Link實(shí)現(xiàn)USB到I2C的橋接連接（默認(rèn)禁用）。 |
| RF interface | 2.4 GHz radio | 支持通過PCB集成單極天線或SWG連接器進(jìn)行RF操作。 |
| Accelerometer (C sensor) | I2C module | 提供12位、3軸、低功耗數(shù)字加速度計(jì)（FXLS8974CFR3）。 |
| Temperature sensor | I2C module | 溫度轉(zhuǎn)換精度為0.5°C，范圍為 - 40°C至 + 125°C的溫度傳感器（P3T1755）。 |
| Arduino socket | UART0, UART2, SPI, and I2C | 具有四個(gè)連接器的Arduino插座。 |
| mikroBUS socket | UART0, SPI, and I2C | 一對連接器的mikroBUS插座。 |
| Pmod connector | SPI and I2C modules | Pmod連接器（默認(rèn)未安裝）。 |
| Debug interface | UART0 and UART2 modules | 板載MCU - Link調(diào)試探針，通過USB Type - C連接器進(jìn)行調(diào)試。 |
| Power supply | 可通過USB Type - C連接器提供5V外部電源，或從Arduino插座連接器獲取5 - 9V電源。 | |
| Battery power | 可使用3V電池（如CR2032）為MCX W23供電。 | |
| Clocks | 為MCX W23 MCU提供32 MHz和32.768 kHz時(shí)鐘，為LPC55S69 MCU提供16 MHz時(shí)鐘。 |
1.4 套件內(nèi)容
套件包括FRDM - MCXW23開發(fā)板硬件組件、1米長的USB 2.0 Type - A到Type - C電纜以及快速入門指南，方便我們快速上手。
1.5 開發(fā)板圖片
通過開發(fā)板的正反面圖片，我們可以直觀地看到各個(gè)組件的布局，如MCX W23 MCU、單極天線、QSPI閃存、加速度計(jì)和溫度傳感器等。
1.6 連接器
| 開發(fā)板上有多種連接器，如Arduino插座連接器、mikroBUS插座連接器、U.FL RF連接器、USB Type - C連接器等，每個(gè)連接器都有其特定的功能和用途。 | Part identifier | PCB label | Connector type | Description | Reference section |
|---|---|---|---|---|---|
| J1 | DL | 1x8 - position receptacle | Arduino socket connectors | Section 2.10 | |
| J2 | DH | 1x10 - position receptacle | |||
| J3 | 1x8 - position receptacle | ||||
| J4 | 1x6 - position receptacle | ||||
| J5 | 1x8 - position receptacle | mikroBUS socket connectors | Section 2.11 | ||
| J6 | 1x8 - position receptacle | ||||
| J9 | U.FL connector | U.FL RF connector - type SWG | Section 2.8 | ||
| J10 | USB Type - C connector | MCU - Link USB connector | Section 3.6 | ||
| J19 (DNP) | 1x3 - pin/position connector | 5V DC voltage regulator connector | Section 2.1 | ||
| J12 | MCU SWD | 2x5 - pin connector | Target MCU (MCX W23) external debugger connector | Section 3.2 | |
| J22(DNP) | PMOD | 2x6 - pin/position connector | Pmod connector | Section 2.12 | |
| J15(DNP) | 3V3 | 1 - pin/position connector | Power supply test points | 見開發(fā)板原理圖 | |
| J23(DNP) | V_MCULINK | 1 - pin/position connector | |||
| J16(DNP) | GND | 1 - pin/position connector | GND test points | ||
| J17(DNP) | GND | 1 - pin/position connector | |||
| BT2 | CR2032 | Battery holder | Coin cell battery holder CR2032 |
1.7 跳線
| 開發(fā)板上的跳線用于配置不同的功能，如電源測量、ISP模式啟用、VCOM端口禁用等。例如，JP1可用于測量VBOARD電源的電流，JP5可將MCU - Link強(qiáng)制進(jìn)入ISP模式。 | Part identifier | Jumper type | Description | Reference section |
|---|---|---|---|---|
| JP1 | 1x2 - pin header | 板載電源（VBOARD）測量跳線。默認(rèn)未閉合，可用于測量電源電流。 | Section 2.1 | |
| JP2 | 1x2 - pin header | 目標(biāo)MCU（MCX W23）電源（P3V0_DUT）測量跳線。默認(rèn)未閉合。 | ||
| JP4 | 1x3 - pin header | P3V3電源源選擇跳線，可選擇從LDO_3V3或電池供電。 | ||
| JP5 | 1x2 - pin header | MCU - Link (LPC55S69) ISP模式啟用跳線。默認(rèn)打開，短接可強(qiáng)制進(jìn)入ISP模式。 | Section 3.4 | |
| JP6 | 1x2 - pin header | MCU - Link VCOM端口禁用跳線。默認(rèn)打開，短接可禁用。 | Section 3.7 | |
| JP7 | 1x2 - pin header | MCU - Link SWD禁用跳線。默認(rèn)打開，短接可禁用。 | Section 3.2 | |
| JP9 | 1x2 - pin header | USB到I2C橋接禁用跳線。默認(rèn)短接，禁用橋接。 | 見開發(fā)板原理圖 | |
| JP10 | 1x2 - pin header | 復(fù)位LED啟用跳線。默認(rèn)短接，按下復(fù)位按鈕時(shí)LED亮起。 | Section 1.7 | |
| JP11 | 1x3 - pin header | BLE Tx發(fā)射功率選擇跳線，可選擇不同的發(fā)射功率模式。 | ||
| JP12 | 1x2 - pin header | 電流SNS跳線 | ||
| JS11 | 1x2 - pin header | mikroBUS插座UART發(fā)送信號控制跳線。默認(rèn)未安裝，可通過切割PCB走線進(jìn)行控制。 | Section 2.4 | |
| JS21 | 1x2 - pin header | mikroBUS插座UART接收信號控制跳線。默認(rèn)未安裝，可通過切割PCB走線進(jìn)行控制。 | ||
| JS31 | 1x2 - pin header | mikroBUS插座SPI輸入信號控制跳線。默認(rèn)未安裝，可通過切割PCB走線進(jìn)行控制。 | Section 2.5 | |
| JS41 | 1x2 - pin header | mikroBUS插座SPI輸出信號控制跳線。默認(rèn)未安裝，可通過切割PCB走線進(jìn)行控制。 | ||
| JS7[1] | 1x2 - pin header | Arduino盾牌UART接收信號控制跳線。默認(rèn)安裝，可切換控制模式。 | ||
| JS8[1] | 1x2 - pin header | Arduino盾牌UART發(fā)送信號控制跳線。默認(rèn)安裝，可切換控制模式。 |
1.8 按鈕
| 開發(fā)板上有多個(gè)按鈕，如復(fù)位按鈕、電源喚醒按鈕、ISP/引導(dǎo)配置按鈕和用戶喚醒按鈕等，每個(gè)按鈕都有其特定的功能。 | Part identifier | PCB label | Name/function | Description |
|---|---|---|---|---|
| SW1 | RESET | Reset button | 按下可喚醒MCU，短接JP10時(shí)，按下會點(diǎn)亮復(fù)位LED。 | |
| SW5 | SW_WAKE_UP | Power (wake - up) button | 可從低功耗模式喚醒MCU。 | |
| SW3 | ISP | ISP/boot configuration button | 按下可使MCU進(jìn)入ISP模式。 | |
| SW2 | PB_WU | User wake - up button | 用戶應(yīng)用特定的按鈕。 |
1.9 LED
| 開發(fā)板上的LED用于監(jiān)控系統(tǒng)狀態(tài)，如電源指示燈、復(fù)位LED、RGB LED和通用LED等，通過觀察LED的狀態(tài)可以方便我們進(jìn)行調(diào)試。 | Part identifier | PCB label | LED color | LED name/function | Description (when LED is ON) |
|---|---|---|---|---|---|
| D3 | POWER | Green | Power - on indicator LED | 系統(tǒng)上電時(shí)亮起。 | |
| D12 | RESET | Red | Reset LED | 系統(tǒng)復(fù)位時(shí)亮起。 | |
| D13 | RGB | Red/green/blue | RGB LED | 可通過用戶應(yīng)用控制。 | |
| D14 | User LED | Blue | General - purpose LED |
二、功能描述
2.1 電源供應(yīng)
| 開發(fā)板可以通過USB Type - C連接器提供5V外部電源，或從Arduino插座連接器獲取5 - 9V電源。這些電源用于產(chǎn)生次級電源，為開發(fā)板上的各個(gè)組件供電。開發(fā)板還支持電流測量，可對VBOARD、P3V3_DUT等電源進(jìn)行測量。 | Power source | Manufacturer and part number | Power supply | Description |
|---|---|---|---|---|
| External supply through MCU - Link USB Type - C connector J10 | P5VMCU_LINK_USB(5 V) | 為SYS_5V供電的兩個(gè)電源選項(xiàng)之一（默認(rèn)選項(xiàng)），為LPC55S69 MCU（MCU - Link）提供USB1_VBUS電源。 | ||
| External supply through Arduino socket power connector J3, pin 8 | P5 - 9V_VIN (5 - 9V) | 為5V DC電壓調(diào)節(jié)器連接器J19供電。 | ||
| DC voltage regulator attached to connector J19 (DNP) | P5V_HDR_IN (5V) | SYS_5V的第二個(gè)電源選項(xiàng)。 | ||
| From the P5V_MCU_LINK USB/P5V_HDR_IN supply | SYS_5V(5V) | 產(chǎn)生P5V0電源。 | ||
| From the SYS_5V supply | P5V0 (5 V) | 為LDO電壓調(diào)節(jié)器U36、Arduino插座電源連接器J3和mikroBUS供電。 | ||
| LDO voltage regulator U36 (Torex Semiconductor RT9065GE) | LDO_3V0 (3.0 V) | P3V0的兩個(gè)電源選項(xiàng)之一（默認(rèn)選項(xiàng)）。 | ||
| CR2032 battery | 3V0 Battery holder for a 3V Lithium battery, type CR2032 | P3V3的第二個(gè)電源選項(xiàng)（默認(rèn)未安裝電池）。 | ||
| VBOARD | 產(chǎn)生VDD_MEM、VDD_SENSOR、P_LED等電源，為多個(gè)組件供電。 | |||
| From the P3V0 supply, through shunt resistor SH200 or jumper JP1 (DNP) | ||||
| From the P3V3 supply, through shunt resistor SH201 or jumper JP2(DNP) | P3V3_DUT (3.3V) | VDD_REG和VDD_DCDC的兩個(gè)電源選項(xiàng)之一（默認(rèn)選項(xiàng)），產(chǎn)生VDD_SWITCH電源。 | ||
| From the VBOARD supply, through shunt resistor SH101 | VDD_MEM | 為QSPI閃存U12供電。 | ||
| From the VBOARD supply, through shunt resistor SH102 | VDD_SENSOR | 為加速度計(jì)U10供電。 | ||
| From the VBOARD supply, through shunt resistor SH100 | P_LED | 為電源指示燈、復(fù)位LED、RGB LED和用戶LED供電。 | ||
| From the P3V3_DUT supply or the VOUT_SWITCH power of the MCX W23 MCU (through shunt resistor SH105) | VDD_REG | 產(chǎn)生VDD_IO_ABC和VDD_ANA電源。 | ||
| From the P3V3_DUT supply or the VOUT_SWITCH power of the MCX W23 MCU (through shunt resistors SH105 and SH107) | VDD_DCDC | 產(chǎn)生VDD_SYS電源的替代選項(xiàng)，為MCX W23 MCU提供VDD_IO_DNVDD_DCDC電源。 | ||
| From the P3V3_DUT supply (through shunt resistor SH104) | VDD_SWITCH | 為MCX W23 MCU提供VDD_SWITCH電源。 | ||
| From the VDD_REG supply (through shunt resistor SH108) | VDD_IO_ABC | 為MCX W23 MCU提供VDD_IO_ABC電源。 | ||
| From the VDD_REG supply (through shunt resistor SH109) | VDD_ANA | 為MCX W23 MCU提供VDD_ANA電源。 | ||
| Internally within the MCX W23 MCU or from the VDD_DCDC supply | VDD_SYS (1.71V - 2.75 V) | 為MCX W23 MCU提供VDD_SYS電源。 | ||
| From the DCDC_LX power of the MCX W23 MCU | 1V8_DCDC (1.8V) | 產(chǎn)生VDD_LDO_CORE和VDD_RF電源。 | ||
| From the 1V8_DCDC supply (through shunt resistor SH110) | VDD_LDO_CORE | 為MCX W23 MCU提供VDD_LDO_CORE電源。 | ||
| From the 1V8_DCDC supply (through shunt resistor SH111) | VDD_RF | 為MCX W23 MCU提供VDD_RF電源。 | ||
| From the VPA_2P4GHZ power of the MCX W23 MCU | VDD_PA_2G4 | 為RF（天線）電路供電。 | ||
| From the VREFO power of the MCX W23 MCU | VREF_OUT | 通過Arduino插座連接器J2的引腳3為插入的Arduino板提供參考電壓。 |
2.2 時(shí)鐘
| 開發(fā)板為MCX W23 MCU提供32 MHz和32.768 kHz時(shí)鐘，為LPC55S69 MCU提供16 MHz時(shí)鐘，確保各個(gè)組件能夠穩(wěn)定運(yùn)行。 | Clock generator | Manufacturer and part number | Clock | Frequency | Destination |
|---|---|---|---|---|---|
| Crystal Y10 | ECS Inc. ECS - 320 - 8 - 37B - CKY - TR | XI_32M, XO_32M | 32 MHz | MCX W23 MCU (RF section) | |
| Crystal Y9 | MICRO CRYSTAL CM9V - T1 |
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