Freescale PK40N512VMD100

Конечно, вот подробное описание микроконтроллера Freescale (NXP) PK40N512VMD100, его технические характеристики, парт-номера и совместимые модели.

Общее описание

PK40N512VMD100 — это 32-битный микроконтроллер из семейства Kinetis K40, построенный на ядре ARM Cortex-M4. Его ключевой особенностью является наличие встроенного аналогового фронтенда (AFE) для работы с емкостными сенсорными интерфейсами (Capacitive Touch Sensing, TSI), что делает его особенно популярным для разработки устройств с сенсорными кнопками, слайдерами и колесами.

Это высокопроизводительный MCU, ориентированный на применение в промышленной автоматизации, медицинских приборах, бытовой технике, системах управления и человеко-машинных интерфейсах (HMI).

Ключевые технические характеристики

1. Ядро и производительность:

• Архитектура: ARM Cortex-M4
• Тактовая частота: до 100 МГц
• Особенность ядра: Наличие блока FPU (сопроцессор с плавающей точкой) для ускорения математических вычислений.
• Инструкции DSP: Поддержка инструкций цифровой обработки сигналов.

2. Память:

• Флэш-память (Flash): 512 КБ
• Оперативная память (SRAM): 64 КБ
• EEPROM (эмулируемая во флеш): Доступна через сегмент FlexMemory.

3. Периферия и интерфейсы (особо выделяя уникальные для K40):

• Аналоговый фронтенд (AFE):
  • 16-канальный ЦАП (DAC): Для генерации аналоговых сигналов.
  • 3 компаратора (CMP): Высокоскоростные аналоговые компараторы.
  • 2 операционных усилителя (OPAMP): Для усиления аналоговых сигналов без внешних компонентов.
• Интерфейс емкостного сенсора (TSI): Позволяет реализовать до 16 емкостных сенсорных каналов.
• USB 2.0 Full-Speed OTG (On-The-Go) с встроенным физическим уровнем (PHY).
• Аналого-цифровые преобразователи (ADC):
  • 2 x 16-битных АЦП (ADC0, ADC1).
• Таймеры:
  • 8-канальный таймер PWM (FTM) с поддержкой моторного управления.
  • 2-канальный таймер PWM.
  • Программируемый задержки (PDB).
  • RTC (часы реального времени) с резервным питанием.
• Коммуникационные интерфейсы:
  • UART (SCI): До 5 модулей.
  • SPI: До 3 модулей.
  • I²C: До 3 модулей (I2C).
  • I²S: Интерфейс для аудио.
  • CAN: Модуль FlexCAN (поддержка протокола CAN 2.0 B).
• Системная безопасность и надежность:
  • Контроль напряжения питания.
  • Детектор сбоя тактирования.
  • Генератор случайных чисел (RNG).
  • Аппаратный модуль шифрования (AES).

4. Общие параметры:

• Напряжение питания: 1.71 В — 3.6 В (типично 3.3 В).
• Температурный диапазон: От -40°C до +105°C (расширенный промышленный).
• Количество выводов (Package): 100 выводов.
• Тип корпуса: LQFP (Low-profile Quad Flat Package).

Парт-номера и маркировка

Основной парт-номер, который вы указали, имеет четкую структуру:

• PK – Серия Kinetis K (с TSI и аналоговым фронтендом).
• 40 – Семейство K40.
• N – Обозначение наличия флеш-памяти (N=Yes).
• 512 – Объем флеш-памяти в КБ.
• V – Объем оперативной памяти (V = 64 КБ).
• M – Версия ядра/набор периферии.
• D – Диапазон напряжения питания (D = 1.71–3.6V).
• 100 – Температурный диапазон (100 = -40°C to +105°C).

Полная маркировка на корпусе (пример): PK40N512VMD100 Freescale K40 100Q YYWW XXXXX (где YYWW — код даты производства, XXXXX — серийный номер).

Альтернативные/смежные парт-номера в линейке K40 с 100 выводами:

• PK40N256VMD100 — Аналогичный MCU, но с 256 КБ флеш-памяти.
• PK40N128VMD100 — С 128 КБ флеш-памяти.
• MK40N512VMD100 — Более раннее обозначение, использовавшееся до ребрендинга Freescale в NXP. Фактически, это тот же самый чип. (MK -> PK).
• MK40X256VMD100 — Модель с 256 КБ флеш-памяти и отсутствующим модулем USB.

Совместимые и аналогичные модели

При замене или выборе альтернативы важно учитывать пин-ту-пин совместимость и совместимость периферии.

1. Пин-ту-пин и программно совместимые в пределах семейства Kinetis:

• Семейство K40 (прямые аналоги): Все MCU серии PK40x с суффиксом VMD100 (например, PK40N256VMD100) будут пин-ту-пин совместимы. Разница только в объеме памяти. Прошивку часто можно перенести с минимальными изменениями.
• Семейство K20 (частичная совместимость): Некоторые MCU серии K20 (например, MK20DX256VLH10) могут иметь совместимость по выводам, но у них отсутствует аналоговый фронтенд (DAC, OPAMP, CMP) и может быть другой набор периферии. Требуется тщательная проверка даташита.

2. Совместимые по архитектуре и экосистеме (ядерная совместимость ARM Cortex-M4):

• Более новые семейства NXP Kinetis:
  • Серия K80: Наследник K40, с улучшенной периферией и большей производительностью.
  • Серия K60/K66: Флагманские серии с Ethernet, высокой производительностью и большим объемом памяти. Не всегда пин-ту-пин, но программная миграция на SDK NXP относительно проста.
• Семейство NXP LPC (на базе Cortex-M4): Например, LPC4000, но здесь уже другая периферия и экосистема.

3. Аналоги от других производителей (функциональные аналоги):

• STMicroelectronics STM32F3/F4: Серии на Cortex-M4 (например, STM32F303/STM32F405). Имеют богатую аналоговую периферию (особенно F3), но прямое совпадение по набору (TSI+AFE+USB) нужно подбирать индивидуально.
• Microchip (Atmel) SAM D5x/E5x (на Cortex-M4/M4F): Серии с расширенной аналоговой периферией.
• Texas Instruments TM4C (на Cortex-M4F): Например, серия TM4C129x с интегрированным Ethernet.

Важное примечание: При замене на модель другого производителя требуется полный пересмотр схемотехники, периферии и переписывание кода с использованием другого HAL/SDK.